Биосфера – почвы – человечество

Институт
фундаментальных
проблем биологии РАН
МГУ имени
М.В. Ломоносова
Государственный
биологический музей
имени К.А. Тимирязева
БИОСФЕРА–ПОЧВЫ–ЧЕЛОВЕЧЕСТВО:
УСТОЙЧИВОСТЬ И РАЗВИТИЕ
Материалы Всероссийской научной конференции,
посвященной 80-летию профессора А.Н. Тюрюканова
(Москва, 14–16 марта 2011 г.)
Москва – 2011
УДК 574
ББК 20.1
С 53
БИОСФЕРА–ПОЧВЫ–ЧЕЛОВЕЧЕСТВО: УСТОЙЧИВОСТЬ И
РАЗВИТИЕ: Материалы Всероссийской научной конференции, посвященной 80-летию профессора А.Н. Тюрюканова / Отв. ред. В.В. Снакин.
– М.: Фонд «Инфосфера» – НИА-Природа, 2011. – 496 с.
Материалы конференции посвящены широкому кругу вопросов, касающихся
функционирования биосферы и в особенности почвенного покрова. Рассматриваются
экологическая роль почвы, законы эволюции биосферы и почв, концепция устойчивого
равзвития со всеми ее достоинствами и противоречиями. Биосферная направленность
работ с неизбежностью требует анализировать проблему коэволюции человечества и
биосферы, сложный узел непростых взаимоотношений человека и природы.
Для экологически грамотных читателей и для тех, кто только пытается понять
сложные законы взаимодействия природы и общества.
Редколлегия: Г.В. Добровольский (председатель), А.Е. Андреева, Я.Р. Васильков, Ю.Е. Ерохин, И.В. Иванов, Л.Г. Кузнецова, Г.В. Митенко, Г.В. Мотузова,
В.С. Новиков, А.А. Присяжная, Н.Г. Рыбальский, А.В. Смуров, В.В. Снакин
(отв. ред.), В.М. Фёдоров, В.Р. Хрисанов, Е.А. Чусова, С.А. Шоба, А.В. Яблоков.
Издание подготовлено при финансовой поддержке Россиского фонда фундаментальных исследований (грант № 10-04-06009-г ) и Президиума РАН.
ISBN 978-5-9562-0078-0
© Снакин В.В., Андреева А.Е., Присяжная А.А. и др., 2011
© Фонд «Инфосфера», 2011
ПРЕДИСЛОВИЕ
Проблема оценки устойчивости почв и экосистем в целом является одной из главных для современного природопользования. От
решения вопросов, в какой степени и каким нагрузкам человечество
может подвергать почвенный покров, зависит будущее человечества.
Другой, тесно связанный с устойчивостью важный аспект биосферного естествознания и природопользования, предстаёт в виде анализа развития экосистем, в том числе изучения закономерностей и
направления современной эволюции почв и биосферы в целом.
Возможно ли устойчивое развитие? Или устойчивость и развитие экосистем представляют собой две различные и взаимообусловленные стороны функционирования почвенного покрова и биосферы.
Может ли быть развитие устойчивым или это псевдонаучная мечта
политиков? Почему спустя сорокалетие с момента провозглашения
лозунга устойчивого развития, мир оказался в тисках глобального
экономического кризиса?
На конференции рассмотриваются эти дискуссионные вопросы,
причём важной стороной дискуссии является обсуждение образовательных аспектов биосферного естествознания и устойчивого развития.
Существенный вклад в понимание проблем устойчивости и развития экосистем внёс выдающийся российский учёный-натуралист,
яркий представитель русской естественнонаучной школы – доктор
биологических наук, профессор Анатолий Никифорович Тюрюканов
(15.03.1931–22.02.2001), сумевший выявить ряд принципов и узловых точек роста биосферных наук. Главным из них стал принцип
«биосферного естествознания», структурной основой которого являются: генетическое почвоведение, биогеоценология, геохимия ландшафтов, как ключевые разделы учения о биосфере и витасфере Земли. Он умел прочувствовать историю конкретного места, ландшафта,
где бы он ни находился, иногда мысленно проникая на тысячелетия
назад. Так родились прочтение послеледниковой истории ландшафтов России и открытие особых генетически сопряженных типов почв
«ополец и ополица», благодаря которым по другому «заиграла» и вся
история заселения Земли русской, о которой он поэтично поведал в
книге «О чём говорят и молчат почвы».
Всегда интересные, подчас неожиданные суждения А.Н. Тюрюканова дают богатую пищу как для дальнейших исследований природы, развития учения о биосфере, так и для размышлений о проблеме
взаимоотношения человечества и биосферы.
Широкий спектр естественнонаучных интересов А.Н. Тюрюка
нова обусловил широкий круг вопросов, представленных для обсуждения на конференции «Биосфера и почвы: устойчивость и равитие».
Экологическая роль почвы и ее значение для человечества, законы
эволюции биосферы и почв, коэволюция биосферы и человечества,
переход биосферы в ноосферу, методы изучения и охраны почвенного покрова планеты, историческое почвоведение, методы изучения и
оценка устойчивости почв и экосистем, проблемы биосферного мышления и образования – вот лишь неполный перечень поднимаемых в
докладах конференции проблем.
Порой даже очень казалось бы далёкие от профессиональной ориентации Анатолия Никифоровича вопросы становились предметом
его исследований. Так было в совместной работе с В.В. Галицким по
моделированию продукционного процесса, в целом цикле философских работ с В.М. Фёдоровым, в его анализе истории России. Даже в
такой далёкой от него отрасли как стоматология, он смог стимулировать новые направления исследований (см. статью А.В. Севбитова).
Завершает сборник научных материалов, подготовленных к
конференции, статья А.Н. Тюрюканова «Трудная судьба учения о
биосфере», в которой рассматривется время, и как фактор научного
поиска (история науки), и как управляющий фактор мироздания.
«Великий поток исторического мышления» не должен прерываться,
и наша задача, не дав ему иссякнуть, передать будущим поколениям
все лучшее, что было в естественноисторической мысли наших предщественников.
В докладах авторов сборника высказываются порой противоположные точки зрения на современные экологические проблемы,
особенно это касается концепции устойчивого развития. Надеемся,
что подготовленные материалы и дискуссии на конференции по этим
вопросам станут заметным вкладом в развитии биосферного естествознания, так важного для понимания путей развития человечества
МЕСТО И РОЛЬ ПОЧВЫ В БИОСФЕРЕ
И ЖИЗНИ ЛЮДЕЙ
Г.В. Добровольский, академик РАН, д.б.н.
Институт экологического почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова
В течении многих веков люди ценили почву как объект земледелия, как источник получения продуктов питания и благодарно называли почву (землю) «матушкой кормилицей». Лишь по мере накопления знаний о почвах становилось все более ясным, что почва
обладает не только плодородием, но и многими другими свойствами,
играющими важнейшую роль в жизни природы и человека.
Впервые научное определение почвы как особого естественноисторического тела дал выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев (1846–1903). В своем знаменитом труде «Русский
чернозем» (1883) он писал, что почвы являются «…результатом чрезвычайно сложного взаимодействия местного климата, растительных
и животных организмов, состава и строения материнских горных
пород, рельефа местности, наконец, возрастом страны» (Соч., т.III,
1949, с.25).
Развивая далее свои взгляды на цели и задачи изучения почв, Докучаев писал: «если желают знать почву, безусловно необходимо обстоятельно изучить и те почвообразователи, результатом действия которых она является. Только в связи именно с такой постановкой вопроса
и, во всяком случае, на основе ее, мыслимо вполне овладеть почвой и
управлять ею и с целями чисто прикладными – сельскохозяйственными, лесными, гигиеническими и пр.» (Соч., т. VII, 1953, с. 136).
Докучаев впервые доказал, что разные типы почв распространены на земной суше не случайно, не хаотично, а вполне закономерно
в виде широтных поясов (зон) на равнинах и высотных зон в горах.
В своей знаменитой работе «К учению о зонах природы» (1899)
В.В.Докучаев писал: «…весь Земной шар одет разноцветными почвенными лентами, окраска которых, параллельно увеличению тепла
и света от полюсов к экватору … постепенно делается интенсивнее и
ярче, начиная от белоземов (подзолы) на севере, переходя, в серые
земли, так и кончая желтоземами и карминно-красными латеритами
(красноземами) в субтропических и экваториальных широтах» (Соч.,
т. VI, 1951, с. 402).
В 1899 г. В.В. Докучаев создал первую в истории науки картосхему почвенного покрова Земли под названием «Почвенные зоны
северного полушария». Она демонстрировалась и вызвала большой
интерес на Всемирной выставке в Париже в 1900 году.
Понятие о почвенном покрове Земли, как одной из ее геосфер
– «педосферы» предложил в 1905 г. профессор А.А. Ярилов в своей
монографии «Педология как самостоятельная ествественно-научная
дисциплина о земле». Термин «педосфера» в переводе с греческого
языка означает «почвенная сфера».
Пространственное положение педосферы (рис. 1) среди других
сфер Земли схематически показано на рисунке в учебнике проф. С.А.
Захарова «Курс почвоведения» (1927). В настоящее время термин
«педосфера» все шире используется в специальной научной и учебной литературе, как синоним почвенного покрова Земли.
Рис. 1. Взаимоотношение сфер природы и положение почв (педосферы)
среди других природных тел по С.А. Захарову (1927)
Еще в начале XX века знаменитый ученик Докучаева, основатель
учения о биосфере академик В.И. Вернадский писал в своей статье
«К вопросу о химическом составе почв»: «…Все яснее становится
нам значение почвы в биосфере – не только как субстрата, на котором живут растительный и животный мир, но как области биосферы,
где наиболее интенсивно идут разнообразные химические реакции,
связанные с живым веществом… Роль почвы в истории земной коры
отнюдь не соответствует тонкому слою, какой она образует на ее поверхности. Но она вполне отвечает той огромной активной энергии,
которая собрана в живом веществе почвы и способна к переносу благодаря проникающим почву газам» (Вернадский, 1960).
Можно сказать, что педосфера занимает центральное место в
биосфере Земли, т.к. через почвенный покров проходят сложнейшие
процессы обмена веществом и энергией между атмосферой, земной
корой и гидросферой со всеми обитающими на Земле организмами.
Очень ярко об этом сказал выдающийся математик, эколог и мыслитель академик Н.Н. Моисеев: «…почвы являются той основой, которая связывает в единое целое всю биосферу» (Моисеев, 1993).
Педосфера, т.е. почвенный покров Земли, состоит из огромного
числа разнообразных типов и видов почв. Современное почвоведение
рассматривает почвы как полифункциональные природные системы,
играющие незаменимую экологическую роль в биосфере и жизни человека. Изучение экологических функций почв составляет основную
задачу нового функционального направления в современной науке
о почвах (Ковда, 1985; Добровольский, Никитин, 1990; Структурнофункциональная роль почв…, 2003).
Разнообразные функции почв подразделяются на глобальные
(биосферные) и экосистемные (биогеоценотические).
Многочисленные экосистемные функции подразделяются на
физические, химические, физико-химические, биологические и информационные (табл. 1). Все они обусловлены соответствующими
свойствами, процессами и реакциями почв.
Среди разнообразных функций почв особенно большое экологическое значение имеют три:
1) функция почвы как уникальной среды обитания и функционирования растений, животных и микроорганизмов;
Таблица 1. Экосистемные функции почв
Физические
жизненное пространство;
механическая
опора;
газообмен с
атмосферой;
аккумулятор
влаги;
Химические и
физикохимические
Биологические
Информационные
аккумуляция:
биофильных
элементов, ферментов,
биохимической
энергии;
среда обитания
организмов;
регуляция структуры экосистем;
сорбция:
веществ,
микроорганизмов;
связующее
звено биологического и
геологического
круговоротов
веществ и энергии;
сигнализация изменений состояния экосиситем;
защитная экологическая ниша;
деструкция и
минерализация
органических
остатков;
депо семян,
эмбрионов,
цист.
ресинтез
органических
и минеральных
веществ.
запись и хранение показателей
истории природы
биологическая и человеческого
продуктивность общества (почва(плодородие).
память).
2) функция почвы как геобиологического узла связи на земной
поверхности большого геологического и малого биологического круговоротов вещества и энергии;
3) функция биологической продуктивности в природных экосистемах и плодородия на сельскохозяйственных землях.
Уникальность почвы как среды обитания жизни проявляется в
том, что в почве и на ее поверхности живет около 92 % всех известных на Земле видов растений и животных; в одном грамме почвы может находиться до нескольких миллиардов бактерий, сотни метров
грибных гифов, сотни тысяч одноклеточных простейших животных,
многие тысячи метров мельчайших корней и корневых волосков растений (Dobzhansky, 1953; Камшилов, 1974).
Такое обилие и разнообразие форм жизни в почве объясняется
тем, что почва представляет собой трехфазную природную систему:
она состоит из твердой, жидкой и газовой (газообразной) фаз, содержит как минеральные, так и органические вещества, пригодные для
питания как автотрофных, так и гетеротрофных организмов. С каждым типом почв связаны определенные и только им свойственные
виды сообществ растений и животных. Академик М.С. Гиляров образно называл почву «…основынм хранилищем генетического разнообразия жизни на нашей планете и экологическим щитом биосферы»
(Гиляров, Криволуцкий, 1985).
Отсюда следует, что сохранять биологическое разнообразие жизни на Земле невозможно без сохранения разнообразия почв, без борьбы против эрозии и деградации почв.
Также важна и вторая общебиологическая функция почвы как
связующего геобиологического звена большого геологического (суша
↔ океан) и малого биологического (почва ↔ растения и животные)
круговоротов вещества и энергии. О грандиозности биологического
круговорота можно судить по колоссальной массе вещества, аккумулированного и удержанного на суше растениями и животными от
выноса в Мировой океан. Установлено, что общая суммарная масса
зольных элементов в живом веществе суши в несколько раз превышает их величину в суммарном годичном ионном стоке рек с суши в
океан (Добровольский В.В., 2003). Особенно прочно удерживаются
в биологическом круговороте биофильные макро- и микроэлементы.
Об этом можно судить, например, по различию геохимических судеб
калия и натрия. На аккумуляцию биофильных химических элементов в почвах обратил внимание академик А.Е. Ферсман (1937), сопоставив кларки этих элементов в горных породах, растениях и животных. Все более известной становится связь медицинской географии и
очагов болезней с геохимическими природными аномалиями и районами антропогенного загрязнения почв, в том числе радиоактивного
(Ковальский, 1974).
Преодоление токсического загрязнения почв значительно сложнее, нежели загрязнения воды и воздуха, т.к. почва обладает большой
поглотительной способностью разных веществ и не рассеивает их как
вода и воздух. Это хорошо известно, например, по радиоактивному
загрязнению окружающей среды. Проблема «почва и здоровье человека» приобретает все более актуальное значение (Соколов и др.,
2010; Яблоков, 2007).
Третьей важнейшей и наиболее широко известной глобальной
экологической функцией почв является их биологическая продуктивность в природных экосистемах и плодородие на сельскохозяйственных полях. Несмотря на то, что почвенный покров представляет
тончайшую пленку на поверхности суши Земли, несопоставимую с
объемом и массой Мирового океана, биологическая продуктивность
суши существенно превышает таковую океана. Общая биомасса
суши (ее лесов, степей, пашен, пастбищ, торфа, органического вещества почв) составляет 99,8 % всей биомассы Земли (Базилевич и др.,
1970). Объем пищевых продуктов (по весу), добываемых человеком
на суше с использованием плодородия почв, по разным данным составляет более 90 % всего общемирового количества продуктов питания (табл. 2) (Браун, 2003).
Только приведенных данных достаточно, чтобы увидеть какую
экологическую ценность для жизни людей, да и всего живого на Земле представляет наряду с фотосинтезом, биологическая продуктивность почв, их плодородие!
Грандиозны глобальные функции почвенного покрова Земли,
названного профессором А.А.Яриловым, педосферой, ее взаимосвязь
и влияние на другие геосферы – на атмосферу, гидросферу и литосферу (табл. 3).
Таблица 2. Продукция земледелия, пастбищного животноводства и
морского рыболовства для мирового продовольственного обеспечения (в
пересчете на зерновые эквиваленты на 1999 г.)
Источник питания
Удельный вес, %
Производство зерна с уборочных площадей
77
Продукция пастбищного животноводства (говядина,
баранина), в пересчете на зерно
16
Продукция морского рыболовства в пересчете на
зерно
7
Таблица 3. Глобальные функции почв
Взаимосвязанные с
литосферой
Взаимосвязанные с
атмосферой
Взаимосвязанные с
гидросферой
Взаимосвязанные с
биосферой
Биохимические Поглощение и
и биофизичесотражение солкие преобразонечной энергии.
вания верхних
слоев литосферы
(коры ее выветривания).
Трансформация
атмосферных и
поверхностных
вод в грунтовые
и подземные
воды.
Источник
Регулирование
веществ для
влагооборота
формирования
атмосферы.
педогенных
минералов,
осадочных пород
и полезных
ископаемых.
Регулирование
и формирование состава и
режима поверхностных вод и
речного стока.
Передача аккумулированной
солнечной энергии в глубокие
слои литосферы.
Регулирование
газового состава
и режима атмосферы.
Фактор биологической продуктивности рек и
водоемов.
Фактор биологического разнообразия и эволюции организмов.
Источник твердого вещества и
микроорганизмов, поступающих в атмосферу.
Биохимический барьер на
пути миграции
веществ с суши в
гидросферу.
Фактор устойчивости функционирования
биосферы.
Защита верхних
слоев литосферы от эрозии и
денудации.
Основная среда
обитания организмов суши
Земли.
Аккумуляция энергии и
биофильных
элементов.
Связующее
звено биологического и
геологического
круговоротов
веществ.
Почвоведами и микробиологами установлено, что «дыхание
почвы», т.е. ее газообмен с приземным слоем атмосферы, выделяет в
атмосферу огромную массу диоксида углерода, существенно превышающую суммарный объем его антропогенных выбросов (Заварзин,
1999). Показано также, что именно обширный таежно-лесной пояс
России поглощает в процессе фотосинтеза значительно больше диоксида углерода по сравнению с поступлением его в атмосферу в результате выбросов промышленности (Кудеяров, 2000). Важна также
фиксация в почвах азота, метана и закиси азота атмосферы почвенными микроорганизмами (Добровольский, Умаров, 2004).
Огромно влияние почвенного и растительного покрова на состав,
режим и географию поверхностных и грунтовых вод. Фильтруясь че10
рез почвенный слой, атмосферные осадки под воздействием почвы
приобретают особый химический состав, отражающий зонально-региональные геохимические черты почвенного покрова Земли. В статье «Живое вещество в химии моря» В.И. Вернадский писал: «Мы
обычно не учитываем и не представляем себе то огромное значение,
которое имеет в жизни и химических реакциях океана почвенный
покров нашей суши. Почва и морская вода химически и генетически
тесно связаны» (Вернадский, 1960).
По-видимому, не менее тесное взаимодействие характерно и для
литосферы и педосферы. О зависимости свойств почв от особенностей грунтов, т.е. почвообразующих пород, известно давно и хорошо
сформулировано еще В.В. Докучаевым, а вот о влиянии биохимических почвенных процессов на состав и свойства верхних слоев литосферы было известно меньше. Но в конце XIX и в течении XX веков в
результате развития учения о процессах выветривания (гипергенеза)
и геохимии все более ясным становилось существенное воздействие
почвенных процессов на формирование древних и современных кор
выветривания, на генезис лёссов, покровных суглинков, мощных латеритных, карбонатных и других кор выветривания (Петров, 1967;
Добровольский В.В., 2007).
В последнее время все большее влияние почвоведов, археологов, историков и географов привлекают информационные функции
почв. Они представлены не только информационно-регуляторными
сигналами изменения гидротермических условий в почве, но и способностью «записывать» и сохранять в своем составе и свойствах
свидетельства разных условий прошлых времен почвообразования в
погребенных и древних почвах. Например, в особенностях состава и
возраста почвенного гумуса, карбонатных, железисто-марганцевых и
других новообразований, возраст которых определяется изотопными
методами. Под степными курганами, в грунтовых толщах древних городищ и поселений, да и современных городов, сохранились древние
почвы, по которым можно судить о природной и антропогенной обстановках тех времен, когда они формировались (Воробьева, 2010; Демкин, 1997; Добровольский, Макеев, 2009). По предложению известных
почвоведов В.О. Таргульяна и И.А. Соколова эта способность почв запоминать, записывать и сохранять свидетельства прошлого называется «памятью почв» (Соколов, Таргульян, 1974). Недавно вышла фундаментальная монография на тему «Память почв: почва как память
биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий» (2008).
Надо сказать, что в наши дни эти информационные функции
почв все шире используются в особом направлении почвоведения –
11
палеопочвоведении или иными словами историческом почвоведении
по аналогии с исторической геологией. В мировом союзе почвенных
наук активно работает комиссия по палеопочвоведению. Началось в
московском университете и преподавание специального курса «Палеопочвоведение».
Из всего сказанного следует, что почвенный покров Земли представляет незаменимую экологическую основу функционирования
биосферы и жизни и деятельности человечества. К сожалению, мировое бесконтрольное землепользование привело к обширной деградации почв на огромных пространствах Земли, особенно в странах
развитого земледелия. Это зафиксировано мировой картой деградации почв, составленной по инициативе ФАО ЮНЕСКО и Международного общества почвоведов в 1992 г. (рис. 2). А между тем, вполне
пахотнопригодных почв на Земле всего 22 %, а плодородных всего
около 9–10 %, и они уже используются (табл. 4). Если учесть все
возрастающее население планеты, то существует глобальная угроза
дальнейшей деградации почвенного покрова Земли – этой основы
жизни на планете (Добровольский, 1997).
Рис. 2. Области деградации почв на карте мира (Global Assessment of
Soil degradation, 1991)
Наша конференция посвящена памяти профессора А.Н. Тюрюканова, и поэтому я хочу закончить мой доклад его словами о значении почв в биосфере: «В почве совершается грандиозный процесс
синтеза, деструкции и ресинтеза огромного количества веществ биогенной природы; в почве лежит начало грандиозных по временным и
пространственным масштабам биогеохимических циклов миграции
веществ биосферы. Почва, как главный компонент биогеоценоза, мо12
Таблица 4. Возможности использования почв в мировом земледелии
Фактор возможности
Площадь земель, %
ледниковые покровы
очень холодные земли
очень сухие земли
очень крутые склоны
очень маломощные почвы
очень влажные почвы
очень бедные почвы
10
15
17
18
9
4
5
ИТОГО непригодных земель
78
малопродуктивные почвы
умеренно продуктивные почвы
высокопродуктивные почвы
13
6
3
ИТОГО пахотнопригодных земель
22
жет рассматриваться как «управляющая система» биосферы. В почвах в силу специфики почвообразовательных процессов заключена
большая «память» различных по давности исторических событий,
происходивших в конкретных биогеоценозах, ландшафтах и биосфере в целом. Почвы по существу определяют биопродуктивность
биогеоценотического покрова. Выдающаяся планетарная роль почв,
к сожалению, сопровождается их высокой ранимостью при непродуманном обращении с ними. Весть опыт мирового сельского хозяйства
свидетельствует об этом. Дорогой ценой приходится восстанавливать
человеку ранее нарушенное плодородие почв. Это большая научнопрактическая задача. Проблема взаимоотношения человека и почвы
очень сложна и требует прежде всего большой мудрости» (Тюрюканов, 1976).
Литература
Базилевич Н.И., Родин Л.Е., Розов Н.Н. Географические аспекты изучения биологической продуктивности // Мат. 5 съезда Географического общества СССР. Ленинград, 1970. 28 с.
Браун Лестер Р. Покончить с голодом: вызов брошен // Докл. Ин-та Worldwatch
о развитии по пути к устойчивому обществу. 2001.
Вернадский В.И. Биосфера. Л.: ОНТИ, 1926. 140 с.
Вернадский В.И. Живое вещество в химии моря // Избр. соч. Т.V. М.: АН СССР,
1960. 176 с.
Воробьева В.А. Почва как летопись природных событий Прибайкалья. Иркутск,
2010. 198 с.
Гиляров М., Криволуцкий Д. Жизнь в почве. М.: Молодая гвардия, 1975. 187 с.
13
Дёмкин В.А. Палеопочвоведение и археология. Пущино, 1997. 241 с.
Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Academia, 2003. 396 с.
Добровольский В.В. Древняя кора выветривания // Гипергенез и коры выветривания. Избр. труды. Т. 1. М.: Научный мир, 2007. 508 с.
Добровольский Г.В. Тихий кризис планеты // Вестник РАН. 1997. Т. 67, № 4. С.
313–319.
Добровольский Г.В., Умаров М.М. Почва, микробы и азот в биосфере // Природа.
2007. № 6. С. 15–22.
Добровольский Г.В., Макеев А.О. Палеонтология и палеопочвоведение // Тр. Инта экологического почвоведения МГУ. 2009. № 9. С.5–40.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.:
Наука, 1990. 258 с.
Добровольский Г.В. Педосфера – оболочка жизни планеты Земля // Биосфера.
2009. Т.1, №1. С. 6–14.
Докучаев В.В. К вопросу об открытии при русских университетах кафедр почвоведения и учения о микроорганизмах // Соч. Т.VII. М., 1953. С. 136.
Заварзин Г.А. Круговорот углерода на территории России. М., 1999. С.11–16.
Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М.: Наука, 1974. 254 с.
Ковальский В.В. Геохимическая эколгия. М.: Наука, 1974. 281 с.
Ковда В.А. Роль и функции почвенного покрова в биосфере Земли. Доклад на VII
Делегатском съезде ВОП. Препринт. Пущино, 1985. 10 с.
Кудеяров В.Н. Вклад почвы в баланс СО2 атмосферы на территории России //
Докл. АН СССР. 2000. Т. 375, № 2. С. 275–277.
Моисеев Н.Н. Слово об учителе // Владимир Иванович Вернадский. М.: Современник, 1993. С. 9.
Петров В.П. Основы учения о древних корах выветривания. М.: Недра, 1967. 343 с.
Память почв: почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий / Отв. ред. В.О.Таргульян, С.В.Горячкин. М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 692 с.
Соколов И.А., Таргульян В.О. Взаимодействие почвы и среды: почва-память и почва-момент // Сб. тр. по изучению и освоению природной среды. М., 1976.
Соколов М.С., Дородных Ю.А., Марченко А.И. Здоровая почва как необходимое
условие жизни человека Почвоведение. 2010. №7. С. 858–866.
Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере / Отв.
ред. Г.В.Добровольский. М.: Наука, 2003. 364 с.
Тюрюканов А.Н. Предисловие // Биосферы и почвы. М.: Наука, 1976. С. 3–4.
Ферсман А.Е. Геохимия. Т. 1. М.: ОНТИ, 1937. 260 с.
Яблоков А.В. Россия: здоровье природы и людей. М., 2007. 255 с.
Dobzhansky Th. Genetics and the Origin of Species. 3rd ed. New York: Columbia
University Press, 1951.
14
ФОРМИРОВАНИЕ «БИОСФЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ»
ИЛИ НОВЫЕ ЗАДАЧИ ОБРАЗОВАНИЯ В XXI ВЕКЕ
А.Е. Андреева, к.б.н., с.н.с.
Ботанический сад Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова
Анатолий Никифорович Тюрюканов любил повторять: «Мудрый человек от умного отличается способностью мыслить во времени». Это качество – умение «мыслить во времени» или способность
предвидеть последствия своих действий или событий в отдаленном
времени для биосферы в целом, он очень ценил в людях и считал
очень редким даром и одним из главных критериев «биосферного
мышления» и «биосферного сознания».
Время – это тот загадочный и управляющий фактор биологических систем, который интриговал и интригует многие умы. Мы привыкли измерять время секундами, минутами, часами и годами, но это
в физической системе координат, или, как говорил А.Н. Тюрюканов,
в физической картине мира. Для биосферных объектов время измеряется возрастом (возраст человека, ландшафта, почв).
Время выступает и как главный отличительный признак, отличающий биосферный тип мышления от альтернативного ему антропоцентрического (Кунафин, 2003).
Сейчас много говорят о «глобальном мышлении», но глобальное
мышление никоим образом нельзя отождествлять с «биосферным
мышлением» и разница эта принципиальная. Очень хорошо ее сформулировал современный шотландский биолог и философ Джеффри
Харпер в статье «Биосферное мышление, империализм и заповедники»: «“Глобальное мышление”,… описывает путь, которым что бы
то ни было постигается субъектами (в зависимости от их количества, временного контекста и т.д.). “Биосферное мышление”, напротив,
описывает познаваемый объект (а именно биосферу) вне зависимости
от того, сколькими людьми и одновременно ли он познается» (Харпер,
2000). То есть глобальное мышление по сути своей антропоцентрично.
Анализируя, почему же биосферное мышление так медленно
входит даже в научное сознание ученых-биологов, не говоря уже о
нашем образовании, опять хотелось бы обратиться к Дж. Харперу,
который приходит к совершенно правильному выводу: во-первых,
это недостаток наших знаний о биосфере, а вторая причина в том, что
сейчас происходит глубокая и узкая специализация биологии (Харпер называет это явление «туннельное видение») и потеря естественноисторического подхода. «Пожалуй, нельзя сказать, что “биосферология” в настоящее время существует, и трудно сейчас ожидать
15
ее быстрого развития в рамках биологии, в которой происходит все
более глубокая и узкая специализация. С потерей естественноисторического подхода “туннельное видение” биологов все более сужается.
Так, верхний конец пространственной шкалы у них уже не тысячи километров, а метры, а то и сантиметры. Биосферология же раздвигает горизонты и будит воображение. Энциклопедистам пришло время
вернуться» (Харпер, 2000).
И это ведь именно то, что заботило Анатолия Никифоровича, о
чем он неустанно «кричал» в своих страстных выступлениях, призывая вернуться к естественноисторическому типу мышления, и это то,
что отличало русскую естественнонаучную мысль, давало толчок к
дальнейшему развитию науки и открывало новые горизонты знания.
Так родилось «Учение о почве», «Учение В.И. Вернадского о биосфере Земли», биогеоценология... Да, биосферное мышление, прежде
всего, отличает естественноисторический метод анализа наблюдаемых природных явлений и подход к оценке событий, который также предполагает временную оценку событий. (Заметьте, что и в этом
подходе тоже присутствует фактор времени!). И без овладения методом естественноисторического анализа сформировать «биосферное
мышление» и мировоззрение просто невозможно…
Доказательствами этого постулата служат главы из книги
А.Н.Тюрюканова и В.М.Федорова «Н.В.Тимофеев-Ресовский: биосферные раздумья» (1996). Обращаясь к этой книге, где представлены результаты изучения истории научной мысли в аспекте рождения
учения о биосфере, мы увидим, что еще М.В. Ломоносов считал, что
приоритетным направлением развитие науки в России должен стать
сравнительно-исторический метод, суть которого – «установление
сопряженности развития органического и неорганического мира»
(Тюрюканов, Федоров,1996). М.В. Ломоносов призывал исследовать результаты эксперимента, поставленного самой природой. Вот
и ответ на вопрос о приоритетах описательного и экспериментального методов исследований. Ведь эксперименты с биосферой чреваты
коллапсом. Об этом предупреждает и Дж. Харпер: «… Одно из самых
мощных средств познания во многих областях человеческой деятельности – эксперимент. Экспериментировать с биосферой, однако, нежелательно, как по практической, так и по теоретической причине.
Биосфера всего одна, и мы не можем идти на рискованные эксперименты, во-первых, чтобы не навредить, а во-вторых, у нас нет другой
биосферы для контроля. Многие научные направления нормально развиваются и без (или почти без) экспериментов (палеонтология, метеорология, океанология, тектоника плит, астрономия, эпидемиология и
16
др.) и вместо этого полагаются на систематически собранные наблюдения. Но уже в одном мы можем быть уверены: биосфера чрезвычайно сложна. Сбор данных должен соответствовать дефициту нашего
знания, другими словами, желаемой, но пока не достигнутой степени
знания, а это значит, что необходим надежный и стандартизованный
непрерывный мониторинг множества факторов на глобальном уровне» (Харпер, 2000).
Эти слова звучат еще более актуально в наше время, когда мы
столкнулись с проблемой глобального изменения климата, глобального экологического кризиса, то есть глобальных процессов, происходящих в масштабах биосферы. Поэтому именно сейчас сравнительно-исторический или естественноисторический метод исследований
тех многофакторных изменений, которые происходят в наши дни,
становится особенно актуальным.
В образовательном аспекте на это надо обратить особое внимание. Ведь современные образовательные программы и учебники за
небольшим исключением (я имею в виду школьную программу по
биологии и естествознанию), даже не упоминают о существовании
такого метода исследований. В рамках же формирования биосферного мышления учащиеся уже со школьной скамьи должны не только
знать о существовании такого метода исследования, знакомиться с
его сутью, но и знать, какие крупные научные открытия, начиная с
М.В. Ломоносова, были сделаны с использованием этого метода. Напомним, что это метод, который позволил В.В. Докучаеву открыть
законы почвообразования и природной зональности.
Единственное, что я бы осмелилась добавить в формулировку
сути сравнительно-исторического метода по Тюрюканову–Федорову
(1996), – так это, следуя Вернадскому, идею «живого вещества», «человеческого разума» и времени (для усиления внимания к этим факторам). Таким образом, современная формулировка сути сравнительноисторического метода может звучать как: установление сопряженности
развития органического и неорганического мира, живого вещества планеты и человеческого общества во времени и пространстве.
Другое важное направление в формировании «биосферного
мышления» – это изучение уровней организации жизни в биосфере.
Концепция уровней организации жизни была сформулирована
в 1962 г. в развитие учения о биосфере Земли другим выдающимся
русским ученым Н.В. Тимофеевым-Ресовским, которого большинство научного сообщества знают лишь как выдающегося генетика. Но
он был и великим мыслителем-натуралистом. И формулировка этого
эмпирического обобщения стало итогом всего наработанного и про17
думанного им за долгую жизнь в науке. Подробно об этой страничке
истории науки можно также познакомиться в книге «Н.В.ТимофеевРесовский: Биосферные раздумья» (Тюрюканов, Федоров, 1996).
Важно напомнить об этих уровнях:
«Первый уровень – генотипический (позднее назван как молекулярно-генетический, прим. автора), охватывающий внутриклеточные управляющие системы. Эти системы осуществляют репродукцию организмов, передачу генетической информации и определяют
наследственную изменчивость.
Второй уровень – онтогенетический, осуществляющий упорядоченное во времени и пространстве развитие особи и протекание ее
жизненных функций.
Третий уровень – эволюционный (позднее назван популяционным,
прим. автора), определяющий исторический процесс изменения форм
организмов, который приводит к «филогенетической системе форм».
Четвертый уровень – биохорологический (позднее назван биогеоценотическим, прим. автора), включающий определенные сообщества
разных видов, взаимодействие между которыми и косными компонентами среды приводит к грандиозному биогеохимическому круговороту энергии и вещества в биосфере».
Для нас важно, что Тимофеев-Ресовский выделил эти уровни
как уровни организации и, следовательно, уровни изучения явлений
жизни. Это следующий момент, на которой хотелось бы обратить
внимание с точки зрения формирования биосферного мышления и
мировоззрения. И именно в таком контексте изучение этих уровней
жизни должно лечь в основу концепции современного естественнонаучного образования на всех его этапах (не только при подготовке
биологов-специалистов, но и в систему общего образования, начиная
с первых шагов изучения курса естествознания).
Следующее основополагающее понятие для формирования биосферного мышления – это понятие «организованности» биосферы.
Организованность биосферы по Вернадскому – это «динамичное, вечно изменчивое, в каждый момент меняющееся и никогда не
возвращающееся к прежнему образу равновесие» (Вернадский, 1977).
Н.В. Тимофеев-Ресовский вместе с А.Н. Тюрюкановым дополнили
эту формулировку представлением о структурной организованности
биосферы, выделив следующие уровни: биоценотический, почвенный, ландшафтно-геохимический, витасферный и собственно биосферный. А спустя десяток лет Тюрюкановым совместно с Галицким
было сформулировано понятие биосферного класса наук, изучающих
тот или иной уровень организованности биосферы (биогеоценоло18
гия, почвоведение, геохимия ландшафтов) или отдельные аспекты
этой организованности. Позже понятие биосферного класса наук получило дальнейшее развитие в работах В.М. Федорова (Тюрюканов,
Федоров, 1996).
Изучение пространственно-временных закономерностей и организованности биосферы могло бы создать базу для научного обоснования и изучения современной концепции устойчивого развития,
подводя под это, казалось бы предельно политизированное понятие,
научный фундамент.
Еще в конце 60-х годов прошлого столетия Н.В. Тимофеев-Ресовский обозначил те основные идеи и направления научной работы,
которые бы позволили в будущем развиваться человечеству не нарушая того равновесия, которое обеспечивает существование жизни и
человечества на планете. Тимофеев-Ресовский считал, что человечество должно научиться жить «на процент с оборота» основного капитала биосферы. Что же подразумевается под «основным капиталом
биосферы» и о каких процентах идет речь? На этот вопрос Н.В. Тимофеев-Ресовский отвечает так: «Организованность биосферы и ее систем, плотность и разнообразие живого населения – вот наш «основной капитал», «страховой полис человечества». Человечество должно
научиться жить «на проценты» с круговорота вещества и энергии в
биосфере, не истощая, как это имеет место до сих пор, а, наоборот,
наращивая природные ресурсы и производительные силы биосферы».
Такая постановка вопроса и ответ на него по сути своей отвечает на
основной вопрос современной концепции устойчивого развития, остающимся пока открытым: «Как должно развиваться человечество, обеспечивая свое устойчивое будущее?». Вот тот «золотой ключик», та подсказка, которую оставили нам в наследство лучшие умы XX столетия.
Эта идея, показывающая стратегический и единственно возможный путь развития человечества и современных технологий, должна
лежать в основе новой концепции образования, ориентирующий нас
на устойчивое развитие биосферы и общества.
Подводя итог сказанному, для формирования «биосферного
мышления» важно уже в системе общего образования заложить первичные представления об уровнях организованности биосферы, круговороте вещества и энергии, представления о биологическом времени живых систем, развивая их в дальнейшем на профильном уровне
и продолжая в базовой подготовке студентов естественнонаучных
специальностей. Но и для будущих политиков, хозяйственников, управленцев, технологов, инженеров, врачей, аграриев эти знания являются ключевыми, потому что именно они открывают путь к устой19
чивому существованию человечества на планете. Это ключ к поиску
новых технологий XXI века. И, возможно, что вместо обязательного
(по проекту нового образовательного стандарта) курса «Основы безопасности жизнедеятельности» в школьное образование надо вводить
как обязательный, курс «Основы устойчивого развития», в котором
освещать все аспекты жизни человеческого общества в биосфере, овладевать методом естественноисторического анализа и «биосферным
мышлением» в различных аспектах, включая помимо биологического социальный, экономический и геополитический.
Пока задачи формирования биосферного мышления звучат
довольно декларативно и современная принятая государственная
образовательная стратегия и образовательные стандарты исходят
из необходимости экологизации образования. Но я думаю, что по
прочтении этих заметок, становится понятным, что между экологическим образованием и биосферным образованием нельзя ставить
знак равенства. Биосферное образование, цель которого является
формирование биосферного мышления и мировоззрения, является фундаментальным, и направлено оно должно быть на изучение
и познание многофункциональных связей сопряженного развития
органического, неорганического мира и живого вещества планеты,
пространственно-временной организованности биосферы Земли на
разных уровнях организации жизни, изучение мысли как планетного
явления и геологической силы, а также на составление научных прогнозов и построение научных моделей развития биосферы в отдаленной перспективе, опирающееся на знание фундаментальных законов
развития биосферы. И это все больше и больше становится насущной
необходимостью, если мы хотим сохранить биосферу планеты. Вернадский назвал знание и человеческий разум геологической силой,
преобразующей биосферу Земли (Вернадский, 1977).
Экологический же подход в современном образовании является антропоцентрическим и в положительном аспекте его можно рассматривать лишь как переходный этап к биосферному образованию.
Что нужно делать?
Первый путь: использовать имеющиеся ресурсы для продвижения биосферных знаний. Например, ботанические сады, музеи, природные музеи-заповедники можно рассматривать как очень важные
и потенциально мощные ресурсные центры по распространению биосферных знаний. И успехи в этом направлении уже есть. В качестве
примера приведу образовательную программу Ботанического сада
МГУ, где на базе филиала уже более 10 лет успешно реализуется программа биосферного образования школьников и учителей.
20
Второй путь: постепенно внедрять основные понятия биосферного
естествознания в систему общего и профильного школьного образования, начиная с основ почвоведения как ключевой дисциплины биосферного класса наук. И пример тому, уже написанный и успешно внедряющийся в школах учебник «Природоведения» (Андреева, 2008).
Третий путь: популяризация биосферных знаний (организация
лекций, организация кружков, публикация книг, создание сайтов,
выступления в средствах массовой информации и т.д.)
Я призываю всех, не ждать, когда государство осознает проблему, а брать на себя ответственность и реализовывать свои знания в
области биосферного естествознания в сфере образования на любом
из образовательных уровней и тогда будет наработан тот опыт, который позволит перейти на новый уровень формирования биосферного
мышления.
И вместо заключения еще одна цитата из статьи Дж. Харпера:
«Почему нам необходимо больше знать о биосфере? Во-первых, чтобы предсказать грядущие перемены и подготовиться к ним с психологической, социальной, политической, экономической, военной и других
точек зрения. Во-вторых, чтобы изучить возможность корректировки последствий этих изменений. В-третьих, чтобы с помощью воспитания и образования сформировать общественное мнение по нескольким направлениям: а) необходимо осознать, терпимо относиться и
проводить в жизнь личные ограничения ради благополучия биосферы
(меньше ездить в автомобилях, больше платить за топливо, иметь
меньше детей); б) эта необходимость должна быть перенесена из
обыденной жизни на уровень принятия решений правительствами… и
международными структурами» (Харпер, 1999).
Прошу простить мое обильное цитирование и обращение к Дж.
Харперу, но, как часто говорил А.Н. Тюрюканов, цитируя русскую
горькую поговорку: «Нет пророка в своем Отечестве…» Видно, так
уж повелось у нас… Хотя идеи-то все наши, только вот взращиваются
они и поддержку находят на «чужой» почве, а затем мы их импортируем… Пусть так, лишь бы дело шло…
Литература
Андреева А.Е. Природоведение. 5 класс. Учебник для общеобразовательной школы. М.: Мнемозина. 2008. 224 с.
Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Кн.2. Научная мысль как планетное
явление. М.: Наука, 1977. 192 с.
Кунафин М.С. Концепция современного естествознания: Учебное пособие. Уфа:
Башкирский университет, 2003. 488 с.
21
Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Н.В. Тимофеев-Ресовский: биосферные раздумья.
М., 1996. 368 с.
Харпер Дж. Биосферное мышление, империализм и заповедники // Сибирский
Экологический Вестник. 2000. №13–14.
ВОСПОМИНАНИЯ
ОБ АНАТОЛИИ НИКИФОРОВИЧЕ ТЮРЮКАНОВЕ
Г.И. Андреев, д.б.н., профессор
Кафедра экологии и почвоведения Днепропетровского
государственного аграрного университета, Украина
С Анатолием Никифоровичем я познакомился в 1950 г. в первые
дни занятий на первом курсе почвенного отделения биолого-почвенного факультета МГУ. Он учился на два курса старше меня. Знакомство
наше произошло на спортивной ниве. Он был членом факультетского
комитета комсомола и одновременно председателем факультетского
спортивного совета. Я же занимался бегом на 400 м.
Первые два года я как бы присох к Анатолию. Мои первые впечатления о нём: прекрасный организатор-общественник, патриот факультета, человек лишённый каких бы то ни было, как сейчас принято
говорить, пагубных привычек.
Спорт в МГУ в 50-е годы прошлого столетия был очень развит.
Ежегодно проводилась университетская спартакиада по 12 видам
спорта. Во многих видах спорта участвовали мужские и женские команды. Соревнования проходили практически в течение всего учебного
года. Одним словом, организация спортивной работы на факультете
была хлопотным делом. Я без какого-либо принуждения охотно взялся
помогать Анатолию и одновременно учился у него работать с людьми,
быть обязательным и ответственным за выполнение взятых на себя
обязательств.
Хотя мы общались, как сказано, на спортивном поприще, чувствовалось, что Анатолий далеко не ординарная личность, грамотный, с широким кругозором человек, умеющий чётко формулировать свои мысли.
Учёба ему давалась легко, так как он умел читать и понимать главную
суть лекций и учебной литературы, и обладал удивительной памятью.
Было такое ощущение, что всё даётся ему без больших усилий.
Сложилось так, что в 1955 г. я отказался от поступления в аспирантуру по приглашению Никодима Антоновича Качинского и пошёл
искать приложение своих сил и возможностей на ниве полевого почвоведения. А Качинскому я сказал, что если приду в науку, то не за руку,
22
а самостоятельно, проку будет больше. С чем Никодим Антонович согласился и как бы благословил меня.
Проработав год в Ростовской областной землеустроительной
конторе по отбору земель для совхозов, я стал преподавать почвоведение в Азово-Черноморском сельскохозяйственном институте, участвовал в работе Советско-Монгольской экспедиции по обследованию
целинных и старопахотных земель.
Работая в МНР, я собрал материал, на основе которого думал написать кандидатскую диссертацию. Но не сложилось. А случилось то,
что я перешёл работать в НИИ Гидротехники и Мелиорации (г. Новочеркасск), где увлёкся и занялся исследованием того, что происходит
на орошаемых территориях Нижнего Дона и Западного Маныча.
По ходу исследований и работы над диссертацией я познакомился с Виктором Абрамовичем Ковдой, с которым в то время Анатолий
Никифорович тесно сотрудничал.
Вот тут-то я и узнал Анатолия Никифоровича в новом для себя
качестве – в качестве учёного. Во-первых, меня поразило его отношение
к кандидатским диссертациям. Он полу в шутку, полу всерьёз заметил,
что я зря ездил в МНР за материалами. Дескать пришёл бы ко мне, и мы
с тобой подобрали бы тему, и ты написал бы диссертацию.
В мае 1969 г. я приехал в Москву со своей кандидатской диссертацией. К Виктору Абрамовичу Ковде я пришёл (по моей просьбе) в
сопровождении Анатолия Никифоровича.
На вопрос Ковды «Смотрел ли он мою работу и каково его суждение?» он ответил, что работу мою он просмотрел и считает, что она
готова процентов на 80. Этого было достаточно (настолько был велик
авторитет Тюрюканова в глазах Ковды), чтобы Виктор Абрамович
назначил мою предзащиту на кафедре почвоведения на октябрь–ноябрь того же 1969 г. Что и свершилось в ноябре.
После встречи у Ковды Анатолий Никифорович взял мою диссертацию и возвратил её в конце лета с единственным замечанием, что
нельзя писать «натрий падает», а «кальций растёт.» Правильно писать: растёт, либо падает содержание, количество кальция, натрия и
т.д. Учтя данное замечание, я внёс необходимые правки и представил
работу на кафедру на предзащиту и в дальнейшем на защиту.
Дело прошлое, но Тюрюканов единственный (не считая оппонентов на защите), кто прочитал мою диссертацию от корки до корки.
Хочется отметить, что он прекрасно знал классиков отечественного почвоведения. При необходимости четко и к месту цитировал их.
Чувствовалось, что их мысли становились его мыслями, которыми он
руководствовался в своей научной и просветительской деятельности.
23
В дальнейшем я встречался с Анатолием Никифоровичем не очень
регулярно, но старался быть знакомым с его трудами и публикациями.
30 лет я преподаю почвоведение и экологию в Украине, в Днепропетровском Государственном агроуниверситете. И я всегда с гордостью рассказываю студентам о том, что со студенческих лет знаю
Тюрюканова, учился у него всю жизнь общению с природой.
Когда общался с ним, то физически ощущал подпитку природными силами, привязывающими тебя к природе, исходящими от человека,
прекрасно знающего окружающий нас мир. Он готов был всеми доступными ему средствами бороться за сохранность биосферы в благоприятном состоянии для продолжения существования человечества.
Студентам и молодым сотрудникам университета рекомендую
прочитать (нередко даю собственный экземпляр) книгу Анатолия
Никифоровича «О чём говорят и молчат почвы». Она представляет
убедительный рассказ о том, что творится с почвами в результате
хозяйственной, а вернее бесхозяйственной деятельности человека.
Последнее приобретение, связанное с Анатолием Никифоровичем – научно-популярный кинофильм Елены Саканян «Терра инкогнито» (Земля неизвестная). Анатолий Никифорович меня познакомил с
Е.С. Саканян (светлая память ей), и я с его лёгкой подачи стал обладателем этого полезнейшего фильма. Фильм подарен кафедре экологии
и почвоведения агроуниверситета и активно используется в качестве
учебного убедительнейшего пособия.
ЗАСОЛЕННЫЕ ПОЧВЫ АРМЕНИИ:
ПРОБЛЕМЫ И МЕТОДЫ ИХ ОСВОЕНИЯ
В.Г. Агабабян , д.с.-х.н., профессор
Ереванский НИИ почвоведения и агрохимии
Р.Г. Мелконян, д.т.н., профессор
Московский государственный горный университет
Почвы молчат, но почвы мстят!
А.Н. Тюрюканов
В земельном балансе Республики Армения имеются около
30 тыс. га засоленных земель, находящихся на территории Араратской равнины, в зоне интенсивного развития сельскохозяйственного производства. Эти почвы отличаются между собой по степени и
характеру засоления, с переходом от слабо засоленных до типичных
солончаков – солончаков, с различным химическим составом.
Специфической особенностью этой равнины является луговой
24
процесс почвообразования с широким участием соды в почве, грунте
и грунтовой воде. При этом выделены следующие виды солонцов –
солончаков: мокрые (хлоридно-натриевые), пухлые (сульфатно-натриевые), корковые (карбонатно- содово-натриевые) и их сочетания.
В Ереванском НИИ почвоведении и агрохимии еще в 60-х годах
20 столетия под научным руководством В.Г. Агабабян был разработан
способ освоения засоленных почв Армении. В результате выполненных научных экспериментов было доказано, что основным источником соды в этих почвах является выветривание горных пород (гранит, андезит, туф чёрный и красный, нефелиновый сиенит, базальт и
др.), содержащих щелочные и щелочноземельные элементы.
В результате гидролитического воздействия воды на породы и карбонизации за счёт углекислоты воздуха, наблюдается процесс формирования бикарбонатов щелочей, который усиливается под влиянием
минерализованных грунтовых вод. Не исключается также возможность
биохимического образования соды под воздействием сульфатредуктазы и нитратредуктазы и избыточно-увлажненных болотных, болотнолуговых почвах с высоким состоянием грунтовых вод.
Содово-засоленные почвы, находясь под постоянным влиянием
грунтового увлажнения, имеют ясно выраженную сезонную динамику солей. В карбонатно-хлоридных и хлоридно-карбонатных солончаках наблюдается процесс сезонного накопления. В сульфатнохлоридных солончаках, в связи естественным оттоком сравнительно
глубоко залегающих грунтовых вод (2,5–3,0 м) и более легким механическим составом, соленакопление отсутствует. В сезонной динамике разграничивается щелочность, обусловленная ионами СО3-- и
НСО3- . В летний период количество нормальной соды уменьшается,
так как она переходит в менее токсичный бикарбонат (НСО3-), а в ноябре месяце вновь повышается.
Различие в количественных и качественных показателях засоление
почв равнины требует дифференцированного подхода к выбору способа
их мелиорации из числа мероприятий химического, биологического и
агротехнического порядка. Слабо и средне засоленные почвы с хлоридно-сульфатным характером засоления оказалось возможным вовлечь в
сельскохозяйственный оборот применением мероприятий биологического порядка – подбором солеустойчивых сельскохозяйственных культур по показателям устойчивости к солям, в частности соде.
Были установлены оптимальные и токсичные для растений концентрации солей, в связи с осмотическим давлением почвенных растворов, качеством засоления и биохимическими изменениями в процессе адаптаций к засолению.
25
Сравнительно солеустойчивые сорта и гибридные формы озимой
пшеницы, хлопчатника и кормовых трав рекомендованы производству в качестве культур-освоителей при мелиорации слабозасоленных
хлоридно- сульфатных солончаков.
Установлено также, что при подборе культур-освоителей для
биологической мелиорации объективная диагностика устойчивости
растений к соде требует учета температурного фактора почвы одно
и тоже количество гидроксильных ионов может быть токсичным для
растений при высоких температурах почвы и менее токсичным при
низких. Эти данные послужили основанием для изменения сроков
посева озимой пшеницы (подзимний сев «дондирма»), создания более благоприятных условий роста растений и получения урожая на
засоленных слабо солонцеватых почвах.
Высокая щелочная реакция (рН 10–11), постоянное присутствие
обменного натрия (60 % и более), тяжелый механический состав с
отрицательными водно-физическими свойствами на фоне слабого
оттока грунтовых вод препятствует разрешению проблемы коренной
мелиорации почв содового засоления в массовых масштабах.
Малая эффективность гипса и других, апробированных мелиорантов в содовых солонцах–солончаках привели к необходимости
изыскания более быстродействующих мелиорирующих веществ.
Доказана высокая эффективность и экономическая рентабельность освоения почв содового засоления посредством высокоактивных минеральных кислот (отработанная серная и соляная кислоты) на
фоне соответствующего вертикального и горизонтального дренажей.
Было также установлено, что при кисловании имеет место радикальное улучшение почвы в результате нейтрализации щелочности,
разложение карбонатов, образования высокодисперсного гипса и
активизации кальциевых соединений почвы. Образовавшиеся ионы
кальция вытесняют натрий из почвенного поглощающегося комплекса и приводят к изменению соотношения обменных катионов.
При этом создается благоприятная среда, одновременно в мелиорированных почвах разрешается вопрос обеспечения растений доступными
формами кальция, так как в солонцах – солончаках у условиях насыщенности почвенного поглощающего комплекса натрием растения испытывали кальциевое голодание.
Исследованиями было установлено, что оптимальной концентрацией серной кислотой при мелиорации содовых солонцов-солончаков является однопроцентная.
Однако практика мелиорации и наблюдения над динамикой щелочности в после мелиоративный период показали, что при разовом
26
внесении серной кислоты с последующей промывкой в первый год
нейтрализуется щелочность, но не обеспечивается полное вытеснение обменного натрия из почвенного поглощающего комплекса расчетного слоя почвы, подлежащего мелиорации.
Более полная мелиорация была достигнута при применении способа послойного кисловании на глубину 0–25, 25–50 и 50–75 см, при
котором почву в первый же год мелиорации можно отвести под многолетние насаждения.
Моделировании процесса мелиорации солонцов–солончаков
серной кислотой в монолитах позволило установить следующие закономерности :
• образовавшиеся в процессе разложения карбонатов нейтральные соли, а также соли исходного солончака выносятся из почвы в основном с кислыми растворами, посредством которых мелиорируется
почва, с промывными водами вымывается значительно меньше солей;
• после кисловании, в связи с улучшением фильтрационных
свойств почвы, установлено некоторое вымывание из нижних слоёв
щелочности (1/3 от исходного содержания), которая не успела вступить в реакцию с кислотой;
• на первом этапе солеотдачи выносятся хлориды, затем сульфаты натрия и магния, бикарбонат кальция и гипс. При этом наличие
ионов кальция в промывных водах свидетельствуют о том, что при
кисловании некоторая часть их уходит в грунтовые воды без вступления в реакцию с почвенным поглощающим комплексом.
Поэтому, увеличение объема промывных вод для выноса продуктов реакции является нецелесообразным. Установлено также, что
помимо ионов кальция, в грунтовые воды уносится значительное количество ионов магния, которые на определенном этапе мелиорации
также входят в почвенный поглощающий комплекс.
Подтверждено, что мелиоративный эффект кислования зависит
от концентрации кислоты и способа её внесения. Более высокий и
стабильный эффект мелиорации обеспечивается при стадийном внесении кислоты. При этом в первый же год мелиорации нейтрализуются щелочности, улучшается состав почвенного поглощающегося
комплекса, происходит более глубокое рассолонцевание, образовавшийся гипс сохраняется в почве, что предотвращает возможные процессы вторичного солонцевания.
Выявлено, что при кисловании содовых солонцов–солончаков с
различным характером засоления и содержанием карбонатов одинаковая эффективность кислот (серной и соляной) проявляется лишь в
отношении нейтрализации щелочности.
27
Мелиоративное действие кислот в отношении почвенного поглощающегося комплекса обусловлено различной растворимостью и
реакционной способностью образовавшихся продуктов реакции. При
кисловании почв, содержащих карбонаты кальция и магния серной
кислотой, ввиду большей растворимости сульфата магния по сравнению с гипсом, наблюдается увеличение обменного магния, а в случае
соляной кислоты этот процесс протекает менее интенсивно. Исходя
из этого, при подборе кислоты для мелиорации солонцов-солончаков
необходимо учитывать состав почвенной карбонатности.
ПОЧВООБРАЗУЮЩИЙ ПОТЕНЦИАЛ ПРИРОДНЫХ
ФАКТОРОВ. КАРТОГРАФИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
РЕАЛИЗАЦИИ
И.О. Алябина, к.б.н., с.н.с.
Институт экологического почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносва
Проблема почвообразующего потенциала всегда имела большое значение в интерпретации генезиса почв, их географии. Термин
«почвообразующий потенциал» используется и исследуется как по
отношению к отдельным факторам или группе факторов – частный
почвообразующий потенциал, так и к географической среде или всей
совокупности природных факторов – интегральный почвообразующий потенциал. Новый импульс работам в этом направлении придала возможность получения в ГИС картографических образов параметров самих факторов почвообразования, различных характеристик
почв и почвенного покрова, а также оценок степени реализации почвообразующего потенциала.
Согласно предложенному определению (Шоба и др., 1999), интегральный почвообразующий потенциал – это способность (возможность) формировать из любого твердофазного субстрата следующие объекты: а) наиболее сложно организованные почвенные тела
(профили, педоны) и почвенные покровы; б) наиболее динамически
сбалансированные и устойчивые по функционированию почвенные
системы, рассматриваемые как подсистемы – подземный ярус – в
экосистемах, биогеоценозах, ландшафтах.
Наиболее изучен второй аспект этого определения. В научной,
научно-практической литературе опубликованы многочисленные
подходы к оценке устойчивости почв, экосистем, ландшафтов. Как
сами методики расчетов, так и полученные результаты существенно
различаются в зависимости от поставленных задач. Разумеется, определяющими в такого рода исследованиях являются ответы на вопро28
сы «что понимается под словом устойчивость?» и «по отношению к
какому виду воздействия оценивается устойчивость?».
В своих работах мы рассматривали устойчивость почвы как ее
свойство сохранять, а также восстанавливать естественное состояние
и функционирование (с учетом непрерывно идущего эволюционного процесса), несмотря на разнообразные (физические, химические,
биологические) внешние воздействия, как ее способность к саморегуляции. Была разработана квалиметрическая система оценки устойчивости почвы как компонента ландшафта (Снакин и др., 1992; 1995б;
Кречетов, Алябина, 2001) и получены картографические оценки этого
свойства почвы как в отношении совокупности всех внешних (антропогенных) воздействий (Снакин и др., 1995а; Snakin et al, 1995), так и в
отношении конкретного вида воздействия – химического загрязнения
неорганическими веществами (Алябина, Кречетов, 2002, 2007).
Устойчивость системы (в частности, почвы), рассмотренная безотносительно конкретной антропогенной нагрузки определенной интенсивности, является внутренним (имманентным) свойством системы, а
ее оценка представляет особый интерес, поскольку позволяет судить,
по выражению И. Букс (1987), о потенциальных естественных возможностях экосистемы или ее компонентов. Именно такая оценка устойчивости почв, как нам представляется, может служить характеристикой
интегрального почвообразующего потенциала, определяемого через
способность формировать наиболее динамически сбалансированные и
устойчивые по функционированию почвенные системы.
Оценивая устойчивость почв, мы рассматривали почву, с одной
стороны, как компонент биогеоценоза (элементарного ландшафта),
имеющий вертикальную структуру, а с другой стороны, как компонент ландшафта с определенным пространственным расположением.
С учетом такого подхода был разработан комплекс параметров, обеспечивающих различные механизмы проявления и реализации устойчивости (Снакин и др., 1995б).
Каждый из отобранных параметров характеризовал определенный аспект устойчивости почв. С емкостью катионного обмена почвы, обусловленной ее поглотительной способностью, связана, прежде
всего, устойчивость почвы к химическим загрязнителям, с мощностью гумусового горизонта – устойчивость почвы к различным физическим воздействиям. Тип водного режима почвы характеризует
геохимическую устойчивость почв, определяемую в значительной
мере интенсивностью выноса веществ за пределы данной системы,
положение почвы в ландшафте – особенности и интенсивность миграционных потоков в почве. Крутизна склона, связанная с процесса29
ми латеральной миграции вещества, влияет на скорость самовозобновления почвы. Интенсивность биогенного круговорота в большой
мере определяет скорость современного почвообразования и, следовательно, отражает скорость самовосстановления почвенного покрова. Таким образом, параметры, использованные при оценке общей
интегральной устойчивости почвенных систем, учитывают физические, химические и биологические свойства почвы, рельеф местности,
гидроклиматические условия, обеспечивающие различные механизмы достижения устойчивости почвенного покрова:
• «глушение» воздействия за счет собственных буферных
свойств (химических, физических, биологических);
• «сбрасывание» воздействия за пределы экосистемы благодаря положению в пространстве (ландшафте, катене);
• «ликвидацию» последствий воздействия в процессе самовосстановления (современное почвообразование).
Основой для построения картосхемы устойчивости почв на территории бывшего СССР (рис.1) послужила почвенная карта СССР
масштаба 1:17 000 000 под редакцией Н.Н. Розова (Атлас, 1969).
Шкала устойчивости почв, изменяющаяся от 7 до 21 балла, поделена
на 7 градаций. Первые три градации включают регионы, в которых
развиты почвы, имеющие минимальную величину устойчивости (от
7 до 12 баллов). Это, прежде всего, северные и северо-восточные регионы страны, часть территории центральной Сибири, Забайкалье,
отдельные районы Средней Азии, Закавказья. Максимальная устойчивость почв (17–21 балл) характерна для полосы черноземных
и серых лесных почв. Кроме этого, высокая устойчивость почв ряда
Рис. 1. Картосхема устойчивости почв Северной Евразии
30
территорий обусловлена распространенными там богатыми почвообразующими породами. Промежуточное положение занимают регионы с почвами, имеющими индекс устойчивости от 13 до 16 баллов.
Полученную картосхему можно рассматривать как отображение одного из аспектов реализации почвообразующего потенциала
природных факторов –способности (возможности) формировать из
любого твердофазного субстрата наиболее устойчивые по функционированию почвенные системы. Картографическая оценка другого
аспекта реализации интегрального почвообразующего потенциала,
рассматриваемого как способность формирования наиболее сложно
организованных почвенных тел и почвенных покровов, была проведена на основе цифровых карт масштаба 1:2 500 000 – почвенной и
почвенно-экологического районирования (Почвенная карта, 1988;
Карта почвенно-экологического районирования, 2007). Получены
карты вертикальной и латеральной дифференциации почвенного
покрова (Алябина, в печати).
Цифровая почвенная карта содержит информацию о почвенном
покрове и материнских породах. На цифровой карте почвенно-экологического районирования использована многоступенчатая таксономическая система деления территории. На высшем уровне выделяются: 1) географический пояс, 2) почвенно-биоклиматическая
область. Далее отдельно рассматриваются равнинные и горные территории. На равнинах выделяются: 3) зона (подзона), 4) провинция,
5) округ 6) район. В горах выделяются: 3) провинция, 4) округ, 5) (не
обязательный уровень) подокруг или район.
Расчеты проводили на самом низшем уровне почвенно-экологического районирования – в границах районов (равнинные территории), в
границах районов/подокругов/округов (горные территории), учитывая
только тип основной почвы, занимающей большую часть площади полигона (без учета сопутствующих почв или комплексов). Полученные для
территорий низшего уровня данные обобщали в границах самых крупных единиц почвенно-экологического районирования, выделяемых на
равнине и в горах (уровень 3) – зон (подзон) и горных провинций – в
программе MapInfo методом среднего взвешенного по площади.
В настоящей публикации приводится карта вертикальной дифференциации почвенного покрова равнинных зон (подзон) и горных
провинций (рис.2), которая обнаруживает достаточно высокое формальное сходство с картосхемой устойчивости почв, несмотря на существенные различия в использованных при построении этих карт
методических приемах.
Степень вертикальной дифференциации почвенного покрова оце31
Рис. 2. Вертикальная дифференциация почвенного покрова России
нивали количеством почвенных горизонтов в территории (среднее количество почвенных горизонтов с учетом площади, занимаемой типами
почв). За основу взято количество горизонтов в типах почв, выделенных
на почвенной карте (Почвенный покров…, 2001). Рассчитанная величина
варьирует от 0,3 до 6,2. По степени вертикальной дифференциации почвенный покров России можно разделить на 5 уровней.
Минимальное и низкое количество горизонтов (до 3,6) выделяется в почвенном покрове северной территории России. Максимальная
и высокая степень вертикальной дифференциации (среднее количество горизонтов превышает 4,6) отличает почвенный покров зоны
дерново-подзолистых почв и дерново-подзолов южной тайги; серых
лесных почв лиственных лесов; серых лесных почв и черноземов лесостепи; подзоны таежных мерзлотных и палевых почв средней тайги; зоны буроземов хвойно-широколиственных и широколиственных
лесов и ряда горных провинций.
Вышеизложенное представляет собой попытку картографической
оценки степени реализации интегрального почвообразующего потенциала природных факторов на территории нашей страны. Это первый
вариант работы, открытый для уточнений и детализации, как с точки
зрения методических приемов, так и с методологической стороны.
Литература
Алябина И.О., Кречетов П.П. Потенциальная способность почв к самоочищению. Масштаб 1:35 000 000 // Федеральный атлас «Природные ресурсы и экология России» / Под
32
ред. Н.Г. Рыбальского и В.В. Снакина. М.: НИА «Природные ресурсы», 2002. С. 90–91.
Алябина И.О., Кречетов П.П. Карта потенциальной способности почв к самоочищению (при химическом загрязнении неорганическими веществами). Масштаб 1:30
000 000 // Национальный атлас России. Том 2. «Природа. Экология» М.: Роскартография, 2007. С. 318.
Алябина И.О. Вертикальная дифференциация почвенного покрова. Масштаб
1:60 000 000. Латеральная дифференциация почвенного покрова. Масштаб 1:60 000 000
// Национальный атлас почв Российской Федерации. В печати.
Атлас СССР / Под ред. А.Н. Баранова и др. М.: ГУГиК, 1969.
Букс И. Некоторые методические подходы к оценке устойчивости природных
комплексов для целей прогноза состояния окружающей природной среды // Проблемы фонового мониторинга состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1987.
Вып.5. С. 200–212.
Карта почвенно-экологического районирования России (цифровая версия) /
Под ред. Г.В. Добровольского, И.С. Урусевской. Масштаб 1:2 500 000. 2007.
Кречетов П.П., Алябина И.О. Теоретические основы количественной оценки устойчивости почв к техногенному воздействию // Охрана окружающей природной среды. Почвы. М.: ВНИИприроды, 2001. С. 197–210.
Почвенная карта РСФСР / Под ред. В.М. Фридланда. Масштаб 1:2 500 000. М.:
ГУГК, 1988 (Скорректированная цифровая версия, 2007).
Почвенный покров и земельные ресурсы Российской Федерации / Под ред.
Л.Л. Шишова, Н.В. Комова, А.З. Родина, В.М. Фридланда. М: Почвенный ин-т им.
В.В. Докучаева РАСХН, 2001. 400 с.
Снакин В.В., Кречетов П.П., Мельченко В.Е., Алябина И.О. Оценка устойчивости
экосистем. Почвы // Оценка состояния и устойчивости экосистем. М.: Институт охраны природы, 1992. С. 66–72.
Снакин В.В., Алябина И.О., Кречетов П.П. Интегральная оценка устойчивости
почв к антропогенным воздействиям. Картосхема, масштаб 1:30 млн. // Атлас «Окружающая среда и здоровье населения России» / Под ред. М. Фешбаха. М.: ПАИМС,
1995а. С. 2.17.
Снакин В.В., Алябина И.О., Кречетов П.П. Экологическая оценка устойчивости
почв к антропогенному воздействию // Известия РАН. Серия географическая. 1995б.
№5. С.50–57.
Шоба С.А., Герасимова М.И., Таргульян В.О., Урусевская И.С., Алябина И.О., Макеев А.О. Почвообразующий потенциал природных факторов // Сб. научн. тр. Международной конференции «Генезис, география и экология почв». Львов, 16–18 сентября
1999 г. Львов, 1999. С. 90–92.
Snakin V.V., Alyabina I.O., Krechetov P.P. Integrated Weighted Measure of Soil
Stability Against Anthropogenic Impact. Schematic map, 1:30 M // Environmental and
health atlas of Russia / M.Feshbach. Moscow: «PAIMS», 1995. P. 2.17.
33
ГРУППИРОВКА БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ – КАК РЕЗУЛЬТАТ
ПРЕЕМСТВЕННОСТИ НАУЧНОГО ПОИСКА
Л.Г. Богатырев, к.б.н.
Факультет почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова
«Достигнув нового и неизвестного, мы всегда с удивлением находим в прошлом предшественников» (Вернадский, 1988). Эти слова в
полной мере можно отнести к Анатолию Никифоровичу Тюрюканову, чье научное творчество (Тюрюканов, 2001) и сегодня не потеряло
своего значения. Это объясняется многими важными причинами. В
первую очередь, его глубокой и последовательной приверженностью
естественноисторическим принципам, заложенным В.В. Докучаевым
и В.И. Вернадским. Во-вторых, важно отметить широту его собственных научных исследований, которые охватывали различные области почвоведения, биогеохимии, биогеоценологии – от проблемы
микроэлементов до исследования структуры и функционирования
пойменных ландшафтов, а также включали в себя экспериментальные исследования поведения элементов в процессах круговорота. Втретьих, несомненен вклад А.Н. Тюрюканова в развитие биосферного
мышления, ставшего сегодня фундаментом для понимания глобальных процессов в пределах Земной оболочки. Совершенно закономерно, что статья о биосфере, которая помещена в большой советской
энциклопедии (Ковда, Тюрюканов, 1970) была написана совместно
с выдающимся ученым, член-корреспондентом АН СССР, профессором факультета почвоведения МГУ В.А.Ковдой.
Представляется, что устойчивое развитие и преемственность
научного поиска взаимосвязаны между собой, что является необходимым элементом и залогом планомерного развития современной
концепции устойчивого развития, поставившей целый комплекс проблем, совмещающих в себе экологические, экономические и социальные аспекты. Этому есть следующее основание, сформулированное
еще В.И. Вернадским, которое довольно четко определяет характер
взаимодействия научной мысли и механизма устойчивости ноосферы, а ведь именно об этом идет речь, когда говорят об устойчивом
развитии и пределах роста (Донелла Медоуз и др., 2008). Пожалуй,
достаточно упомянуть два положения В.И. Вернадского:
1) научное творчество – это сила изменяющая биосферу, которое следует рассматривать как неизбежное явление;
2) вхождение научной работы (как фактора) в биосферу ведет к
переходу биосферы в новое состояние – ноосферу.
34
Таким образом, если мы надеемся на успех последовательного
глобального и в то же время пролонгируемоего на разных уровнях организации биосферы устойчивого развития мы со всей серьезностью
обязаны отдавать должное преемственности в научном творчестве,
которое играет огромную роль в формировании общечеловеческого
мышления относительно устойчивости биосферных компонентов и
самой биосферы в целом. Это в полной мере соответствует положениям о биосферном мышлении, развиваемых в свое время А.Н. Тюрюкановым. Остановимся на преемственности некоторых важнейших
положений, развиваемых в области биогеохимии.
Обсуждение проблемы. Биогеохимия как научная дисциплина
в настоящий момент приобретает все большее научное и общественное звучание не только в связи с общими теоретическими проблемами
биосферы, но и увеличивающейся нагрузкой на естественные и уже
сложившиеся антропогенные системы. Этим обусловлен постоянный
поиск показателей, характеризующих процессы, происходящие в биосфере, причем разнообразных и разноуровненных. Вместе с тем уже
имеющееся большое число показателей явно заслуживает в той или
иной степени обобщения. Как таковая проблема системности показателей не является прерогативой исключительно биогеохимии, в полной
мере она касается и других естественных дисциплин, в том числе биологии, геологии, геохимии ландшафта, почвоведения и геоэкологии.
В целом развитие научного аппарата в биогеохимии, включая
терминологию и показатели, идет в различных направлениях – от
использования и разработки эмпирических показателей – до формализации в виде моделей. Вместе с тем очевидно, что назрела необходимость обсудить важнейшие теоретические проблемы, связанные с
разработкой системы биогеохимических показателей.
Несомненно, что на вопрос, существуют ли в биогеохимии примеры частных систем показателей, следует ответить утвердительно.
Наиболее ярким примером в этом отношении являются первые константы биогеохимии, предложенные еще В.И. Вернадским (1975). Так,
первая константа – это среднее число атомов в среднем неделимом
виде. Вторая – вес среднего неделимого вида (получается в результате взвешивания достаточного количества неделимых видов). Третья
константа – средняя скорость заселения биосферы данными организмами. Последняя константа отвечает биогеохимической энергии.
Не ограничившись этой триадой, В.И. Вернадский выдвинул
четвертую задачу, которую он сформулировал следующим образом:
«Есть еще одно основное явление, мало охваченное научной работой и научной мыслью, для которого в данный момент нет простого
35
и удобного числового выражения», и далее – «это явления правизны–левизны». Последним характеристикам В.И. Вернадский придавал исключительное значение с точки зрения фундаментального отличия косной материи и живого вещества. Сегодня абсолютно ясно,
что эти константы последовательно нашли свое развитие в учении о
биологическом круговороте, являющегося одной из фундаментальных концепций современного естествознания.
Фактически параметры продуктивности, химический состав
живых организмов, чистая продукция, характеризующая скорости
ежегодного обновления фитоценоза – не это ли последовательное
воплощение в научную действительность первых трех констант по
В.И. Вернадскому? Несомненно, что ценность системы показателей
тем выше, чем большее отражение они находят в соответствующих
разделах классификации, включая диагностику и номенклатуру.
Безусловно, с этих позиций ведущее место принадлежит факторносубстантивной классификации биологического круговорота (Родин,
Базилевич, 1965). Других, таких ярких прецедентов, которые бы явились примером такой долгоживущей и проверенной временем концепции, вероятно, в научной литературе, по крайней мере, в рамках
обсуждаемой проблемы сыщется не так много.
Но есть и другие примеры. Так, на систему вполне претендуют характеристики, предложенные для оценки функционирования наземных экосистем (Базилевич и др., 1986), частная система показателей
продуктивности по Н.Н. Храмову (1970), до сих пор оцененная далеко не в полной мере, система показателей гумусного состояния почв
(Гришина, 1986), система показателей, характеризующая биогеохимические циклы по В.А. Ковде (1976) и Н.Ф. Глазовскому (1987).
При анализе сложившейся на сегодня ситуации в области биогеохимии отчетливо заметен огромный размах исследований, не только
в отношении объектов, различного уровня организации – от глобальных оболочек – до отдельных живых организмов, но и то, насколько становится специфичным набор показателей, диктуемый целью и
масштабом исследования. Тем не менее, как мы увидим ниже, существует неизменный набор показателей, которые являются инвариантным, т.е. относительно независимым от направления исследования и
уровня организации биосферы.
Очевидно, что становление системы показателей может основываться на различных теоретических подходах к биогеохимии. Первый
подход, вероятно, должен диктоваться самим определением биогеохимии, как дисциплины. В рамках определения по В.В. Ковальскому
– это наука о системной организованности биосферы и биогенных
36
циклах химических элементов, в основе которых лежит эволюционное единство жизни, живого вещества и среды, определяющее закономерности биогенной миграции атомов и форм их биогенных соединений (Ковальский, 1985). Если исходить из этого определения,
то видятся три группы показателей. Первая из них – это параметры,
характеризующие структурную организацию биосферы, вторая – это
особенности циклов элементов и третья – это параметры миграционных процессов. В целом же речь идет о характеристиках структурнофункциональной организации биосферы.
Второй подход – обычный и, пожалуй, традиционный – это поиск эмпирических показателей, которые и составляют основную массу показателей.
В продолжение обсуждения этого вопроса отметим, что выбор
показателей может осуществляться на основе общей концепции о
роли тех или иных показателей. Таков, например, набор показателей,
используемых для характеристики воды, включающий в себя такие
критерии как рН, содержание важнейших элементов, кислорода, а
также характеристик состояния органического вещества в воде. Более строгий выбор может быть основан на последовательном решении задачи факторного или дискриминантного анализа. Последний
особенно уместен, если речь идет о выделении ведущих характеристик, отвечающих за специфику выделения тех или иных групп. В некоторых случаях полезен корреляционный анализ, на основе которого возможно суждение о возможной роли тех или иных элементов в
загрязнении.
Особенно ярко это проявляется в одном из важнейших разделов
биогеохимии, которая занимается вопросами биологического круговорота. В предыдущей работе нами было показано (Богатырев, Матышак, 2005), что общее количество параметров по этому разделу,
включая различные коэффициенты, индексы и соотношения достигает на сегодняшний день уже около 100.
Тем не менее, при интегральном рассмотрении разнообразных
показателей все они могут быть сведены к нескольким важнейшим
интегральным группам (табл. 1).
Как видно из приведенной выше таблицы, показатели также в свою
очередь объединяются в две группы. Первая из них – это группа, используемая на уровне экосистем. Вторая – частный набор показателей, характеризующих особенности взаимодействия компонентов экосистем, фактически детализующих особенности их функционирования.
Среди всех подходов, рассмотренных выше, обращает на себя
внимание оценка концентрирования и рассеивания элементов на ос37
Таблица 1. Группировка показателей, используемых в биогеохимии при
изучении биологического круговорота
Тип расчета коэффициентов
Показатели характеризуют:
Анализ на уровне экосистем:
Сопоставление характера
взаимосвязей в системе.
Относительная связность системы,
разветвленность круговорота
(Гильманов, Базилевич, 1983,1986).
Соотношение в системе величин,
характеризующих особенности
продукционного процесса,
специфики распределения
элементов по компонентам
экосистем.
Функционирование и особенности
круговорота в экосистемах
(Базилевич, Гребенщиков и др.,
1986; Родин, Базилевич,1965;
Храмов, 1970).
Сопоставление запасов элементов,
потребляемых живыми
организмами, к запасам элементов,
поступающим или выносимых из
системы.
Биогеохимическая активность
элементов (Глазовская, 1988;
Перельман, 1975).
Анализ на уровне отдельных компонентов экосистем:
Исследование состава отдельных
организмов.
Уровни концентрирования
или рассеивания элементов с
последующей группировкой
(Покаржевский, 1993).
Сопоставление концентраций
элементов в различных органах
растений, между различными
видами, изменение концентраций
во времени.
Специфика накопления элементов
в различных видах растений,
а в пределах одного растения
специфика накопления по органам
(Ковалевский, 1969).
Сопоставление концентраций
в исследуемом объекте к
определенному стандарту (кларк
почвы, литосферы, воды, воздуха,
организма и т.д).
Специфика рассеивания или
концентрирования элементов
(Глазовская,1988;Перельман,1975).
Сопоставление концентраций
элементов в удобрениях и
растениях.
Специфика использования
растениями элементов из
различных форм (Фокин, 2009).
Сопоставление уровня накопления
элементов с учетом элемента
– аналога.
Уровень накопления или
рассеивания радиоизотопов
(Клечковский,1973).
Сопоставление концентрации
различных элементов по
отношению к стандарту на основе
геохимических спектров.
Общая гармония накопления или
рассеивания элементов в живых
организмах. (Авессаломова,1985;
Богатырев, 2005).
38
Скоростные характеристики:
Время от момента поглощения – до
выхода из состава живого вещества.
Скорость круговорота
– (Базилевич, Титлянова, 1978;
Второва, 1986).
Сопоставление запасов элементов в
подстилке и их количества в опаде.
Время пребывания элемента в
подстилке (Казимиров, Морозова,
1973).
Срок жизни растений и количество
в них элементов.
Период нахождения элемента
в растениях (Казимиров,
Морозова,1973).
Перемещение элементов в
процессе метаболизма с помощью
радиоактивной метки.
Биогеохимическая активность
организма (Тимофеев-Ресовский,
1996).
Время необходимое для выделения
общего количества элементов,
которое содержится в растении.
Период круговорота (Снакин,
1987).
Удельный поток через единицу
Скорость круговорота (Снакин,
массы растений за единицу
1987).
времени, приходящуюся на единицу
концентрации элемента в среде.
нове геохимических спектров. Сопоставление геохимических спектров дерново-подзолистых почв, морен и флювиогляциальных отложений Московской области показало, что эти спектры характеризуются
однотипным характером, что, вероятно, объясняется принадлежностью их почв к одной минералогической провинции. Близкая картина
была получена для почв различного генезиса одного из районов Якутии. Это позволяет заключить, что очевидно в естественных условиях существуют механизмы, поддерживающие однотипный характер
соотношений между различными элементами. Такую гармонию следует расценивать как необходимое условие, оптимизирующее функционирование наземных экосистем. Напротив, нарушение гармонии,
установленное для загрязненных территорий города Москвы следует
расценивать как серьезное явление (Богатырев и др., 2003). Возможно, что следует подумать о создании атласа геохимических спектров
почв России с последующим использованием в целях мониторинга.
Третий подход при разработке системы биогеохимических показателей возможен на основе иерархического подразделения биосферы. Принципиальная группировка представлена в табл. 2.
С формальной точки зрения нетрудно критически заметить, что в
представленной выше таблице при строгой формальной выдержанности основных групп показателей, перечисление законов и принципов на
39
Таблица 2. Группировка системы биогеохимических показателей в зависимости от иерархии биосферы
Уровни
организации
Основные законы, и
принципы
Основные показатели
Совокупность
основных
земных
оболочек
Законы взаимодействия
(Соколов,1997);
Аксиомы, принципы
и законы биосферы
(Богатырев, Телеснина,
2010).
Кларки оболочек,
реакционный,
трансформационный
потенциал, характерное
время (Таргульян, Горячкин,
2008).
Педосфера
Основные законы,
сформулированные
В.В. Докучаевым.
Основные биогеохимические
характеристики, включая
параметры циклов.
Витасфера
Законы взаимодействия
живого вещества и
косной материи.
Направленность
биогеохимических циклов
миграции веществ в
пределах наибольшего
сгущения жизни
(Тюрюканов, 2001).
Биомы
Законы формирования
биомов.
Типы биогеохимических
циклов (Ковда,1976;
Глазовский, 1987);
соотношение вовлечения
элементов в биологический
и геологический
круговороты (Евдокимова,
Быстрицкая, 1976).
Геохимический
ландшафт
Концепции и принципы
геохимии ландшафта
(Касимов, 2006), при
ведущей роли закона
круговорота (Перельман,
1975; Крупеников, 1979).
Типы круговорота,
контрастность круговорота,
коэффициенты латеральной
дифференциации,
квантованность ландшафтов
(Касимов, 2006).
Биогеоценоз
5 принципов выделения
биогеоценоза
(Бяллович,1973).
Основные характеристики
биологического круговорота
(Родин, Базилевич,1965).
Отдельные
организмы и
популяции
Аксиомы биологии
(Медников, 1982); два
принципа Калабухова
(1946).
1) константы биогеохимии
(Вернадский, 1975); 2)
параметры круговорота
(Снакин,1987); 3)
биогеохимическая
активность организма
(Тимофеев-Ресовский,
1996).
40
первый взгляд довольно разнородно – от аксиом биологии по Медникову и принципов Калабухова – до принципов и законов геохимии. Но
в этом, вероятно, и кроется особенность биогеохимии как дисциплины,
чрезвычайно близкой к биологии. Несомненно, что это связано с тем, что
учение о живом веществе является фундаментом учения о биосфере не
только на самом высоком уровне ее организации, но и на уровне экосистемы. Ответ на вопрос о близости биологии и биогеохимии мы находим
у В.И. Вернадского, что явно прослеживается в предложенных числовых
константах, имеющих непосредственно отношение к виду (Вернадский,
1988). Кроме того, он писал: «Между биологическим и биогеохимическим описанием живых естественных тел – если они правильно сделаны
– противоречий быть не может» (Вернадский, 1988, с. 166). С другой стороны, роль живых организмов глубоко осознана в геохимии. Не случайно
биологический круговорот элементов, в основе которого лежит функционирование живых организмов, признан одним из важнейших законов
геохимии ландшафта (Перельман, 1975), а принцип квантованности,
используемый для группировки геохимических ландшафтов (Касимов,
2006), основан на соотношении биомассы и годичного прироста растений. Очевидно, это является достаточным аргументом в пользу комплексного использования важнейших теоретических положений, разработанных как в биологии, так и в смежных дисциплинах в такой интегральной
дисциплине как биогеохимия.
Если в отношении показателей, используемых на каждом уровне организации биосферы, проблема решается однозначно, то более
сложным является вопрос о законах, определяющих функционирование каждого из уровней.
В первую очередь ясно одно, что само возведение определенных
закономерностей в статус закона весьма условно. Это объясняется
тем, что большинство законов носят скорее характер эмпирических
обобщений. Во-вторых, безусловно, первостепенное значение имеют
фундаментальные законы по сравнению с законами, описывающими
процессы в биосфере. Представляется, что последние законы, вероятнее всего, следует относить к законам второго порядка. Об этом
осторожно писал Рьюз (1977). В-третьих, наибольшая всеобщность
законов проявляется на высших уровнях организации биосферы.
Чем ниже уровень, тем большее значение приобретают частные законы, обусловленные особенностями небольших ограниченных пространств. Детальное рассмотрение законов, господствующих на разных уровнях организации биосферы, должно бы явиться предметом
самостоятельной работы, поэтому здесь только укажем, что в первом
приближении они собраны в одной из последней публикации, посвя41
щенной терминам и показателям, которые используются при изучении биологического круговорота (Богатырев, Телеснина, 2010).
Представляется важным рассмотреть совокупность законов, которым подчиняются важнейшие явления, происходящие на каждом
из уровней организации биосферы.
Под системой биогеохимических показателей понимается такая
совокупность показателей, которая является максимально однотипной на различных уровнях организации биосферы и отражает ее структурно-функциональную организацию. Если это признать за основу, то
окажется, что речь должна идти о биогеохимических циклах.
К настоящему времени накопленный научный материал хотя и
позволяет предложить, на наш взгляд, принципиальную схему, но не
решает проблемы в целом. На высшем иерархическом уровне Земли, несомненно, речь идет об оболочках. О взаимодействии оболочек,
писал еще Н.М. Сибирцев, давая определение выветривания. Позже
В.Р. Вильямс дал более полное описание взаимодействия оболочек.
С точки зрения описания оболочек как структур речь должна идти,
вероятно, прежде всего, об их химическом составе. Довольно точное
представление об этом дают кларки соответствующих оболочек. Однако в выборе расчетов кларков оболочек мы находим довольно различные точки зрения, Так, например, если за рубежом биосфера полностью олицетворяется в химическом отношении с растительностью,
то в нашей литературе мы находим довольно разнообразные точки
зрения. Так, в частности, нами предложено, по крайней мере, три подхода при расчете средневзвешенного состава биосферы – формальный, структурный и функциональный (Богатырев и др., 2004).
Примером теоретического описания функционирования биосферы мы находим в разработках В.О. Таргульяна в его идеях о трансформационном и реакционном потенциале. Очевидно, что с точки
зрения взаимодействия оболочек, следует пользоваться соотношением соответствующих кларков.
Вторым уровнем, о котором идет речь – это уровень географических ландшафтов в понимании академика Берга или концепция Уиттеккера в его положении о биомах. Для характеристики функционирования, очевидно, следует использовать типологию биологического
круговорота. В этом отношении остаются актуальными предложения
А.И. Перельмана об использовании параметров продуктивности для
разделения так называемых биогенных ландшафтов.
На уровне геохимического ландшафта, для которого одним из
важнейших законов является закон биологического круговорота
структурными показателями являются средневзвешенные кларки
42
почв, растений, вод. В числе показателей, отражающих функциональные особенности, находятся параметры биологического круговорота.
Вероятно, что для геохимического ландшафта вполне уместны такие
показатели как фитогеомасса, коэффициент дифференцированности
ландшафта. Неплохо зарекомендовал себя показатель контрастности
биологического круговорота.
Существенными показателями на уровне описания специфики биогеоценозов является система показателей круговорота, а также целая серия показателей предложенных Гильмановым (Гильманов, Базилевич,
1983, 1986) на основе анализа балансовых моделей. Среди них показатели рециркуляции, цикличности элементов и другие параметры.
На уровне живых организмов речь идет о гораздо большем числе
признаков. Если говорить о структурном уровне, то в первую очередь
речь пойдет о константах, предложенных В.И. Вернадским и изложенных выше.
Рассматривая показатели в целом, нетрудно заметить, что на
каждом из уровней биосферы, важнейшим параметрами, характеризующими функционирование системы, являются показатели круговорота. Нетрудно заметить и другое – это существенный вклад
А.Н. Тюрюканова как в развитие представлений о структурной организации биосферы, так и в конкретизацию терминов и показателей,
характеризующих биогеохимические циклы.
Литература
Авессаломова И.А. Геохимические показатели при изучении ландшафтов. М.:
Изд-во МГУ, 1987. 106 с.
Базилевич Н.И., Гребенщиков О.С., Тишков А.А. Географические закономерности
структуры и функционирования экосистем. М.: Наука, 1986. 296 с.
Базилевич Н.И., Титлянова А.А. Особенности функционирования травяных экосистем в сравнении с лесными и пустынными // Математическое моделирование в
экологии: Материалы III школы по математическому моделированию слож. биол. систем / Отв. ред. А.М. Молчанов. М.: Наука, 1978. С. 65–100.
Богатырев Л.Г.,Телеснина В.М. Словарь терминов и показателей, используемых
при изучении биологического круговорота. М.: МГУ, 2010. 182 с.
Богатырев Л.Г., Матышак Г.В. О теории и параметрах биологического круговорота // Доклады пленарных заседаний. Всерос. конф. М., 2005. С. 5–13.
Богатырев Л.Г., Макаров О.А., Матышак Г.В., Семенюк О.В.О некоторых тенденциях в изучении биосферы // Экология. 2004. №1. С.1–10.
Богатырев Л.Г., Ладонин Д.В., Семенюк О.В. Микроэлементный состав некоторых
почв и почвообразующих пород южной тайги Русской равнины // Почвоведение. 2003.
№5. С. 568–576.
43
Бяллович Ю.П. Системы биогеоценозов // Проблемы биогеоценологии. М., 1973.
С. 37–46.
Вернадский В.И. Размышления натуралиста. М.: Наука, 1975. Кн. 1. 173 с.
Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. М.: Наука,1988. 519 с.
Второва В.Н. Круговорот веществ некоторых типов северотаежных еловых лесов
при техногенном воздействии // Почвоведение. 1986. №4. С. 90–101.
Гильманов Т.Г., Базилевич Н.И. Концептуальная балансовая модель круговорота
органического вещества в экосистеме как теоретическая модель мониторинга // Теоретические основы и опыт экологического мониторинга. М.: Наука, 1983. С. 7–58.
Гильманов Т.Г., Базилевич Н.И. Построение и анализ моделей экосистем // Вопросы географии. № 127. М.: Мысль, 1986. С. 55–96.
Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Наука, 1988. 327 с.
Гришина Л.А. Гумусообразование и гумусное состояние почв. М.: Изд-во
МГУ,1986. С. 242.
Глазовский Н.Ф. Биогеохимический круговорот в различных природных зонах СССР
// Биогеохимический круговорот веществ в биосфере. М.: Наука, 1987. С. 56–64.
Евдокимова Т.И., Быстрицкая Т.Л. и др. Биогеохимические циклы элементов в
природных зонах Европейской части СССР // Биогеохимические циклы в биосфере.
М.: Наука, 1976. С. 154–182.
Казимиров Н.И., Морозова Р.М. Биологический круговорот в ельниках Карелии.
Л.: Наука, 1973. 173 с.
Калабухов Н.И. Сохранение энергетического баланса организма как основы процесса адаптации // Общая биология. 1946. №6. С. 417–434.
Касимов Н.С. Базовые концепции и принципы геохимии ландшафтов // Геохимия биосферы. М.–Смоленск, 2006. С. 21–25.
Ковалевский А.Л. О биогеохимических параметрах растений и некоторых особенностях изучения их // Биогеохимия растений. Улан-Удэ: Бурят. кн. изд-во, 1969. С.
195–214.
Ковальский В.В. 60 лет биогеохимии // Труды БГХ лаборатории. № 20. М.: Наука,
1985. С. 5–20.
Ковда В.А. Биогеохимические циклы в природе и их нарушение человеком //
Биогеохимические циклы в биосфере. М.: Наука, 1976. С. 19–85.
Ковда В.А., Тюрюканов А.Н. Биосфера // БСЭ. Т. 3. М.: Изд-во «Советская энциклопедия», 1970. С. 364–365.
Клечковский В.М., Федоров Е.А., Архипов Н.П., Романов Г.Н., Алексахин Р.М., Февралева Л.Т. Закономерности поступления радиоактивного стронция в сельскохозяйственные растения // Почвоведение. 1973. № 5. С. 38–47.
Крупеников И.А. О законах почвоведения // Бонитировка, генезис и химия почв
Молдавии. Кишинев: Штиница, 1979. С. 3–9.
Медников Б.М. Аксиомы биологии. М.: Знание, 1982. С.134.
44
Медоуз Д., Рандрес Й., Медоуз Денис. Пределы роста. М.: ИКЦ «Академкнига»,
2008. С. 341.
Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Высшая школа, 1975. С.340.
Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический
круговорот в основных типах растительности. М.–Л.: Наука, 1965. 254 с.
Рьюз М. Философия биологии / Общ. ред. И.И.Фролова. М.: Прогресс,1977. 316 с.
Снакин В.В. Биогенный круговорот химических элементов и подходы к его изучению // Биогеохимический круговорот веществ в биосфере. М.: Наука, 1987. С. 50–56.
Соколов И.А. Почвообразование и экзогенез. М.: РАСХН,1997. С. 243.
Тимофеев-Ресовский Н.В. Избр. труды: Генетика. Эволюция. Биосфера. М., 1996. 478 с.
Тюрюканов А.Н. Избранные труды. М.: РЭФИА, 2001. 308 с.
Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980. 326 с.
Фокин А.Д. Влияние радиологии на развитие почвоведения, агрохимии и экологии // ХХХУI Радиологические чтения, посвященные действительному члену ВАСХНИЛ В.М. Клечковскому. Обнинск: ВНИИСХРАЭ,2009. С. 10–54.
Храмов А.А. О терминах и понятиях системы продуктивности // Растительные
ресурсы. 1970. Т. VI, вып. 1. С. 119–127.
ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ, УСТОЙЧИВОСТЬ
АГРОЭКОСИСТЕМ И ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВО
БИОТОПЛИВА ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
Г.А. Булаткин, д.б.н.
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино
Продуктивность агроэкосистем во многом определяется содержанием гумуса в почвах. Воспроизводство плодородия почв – важнейшее
условие стабильного агропроизводства. Традиционно одним из основных приёмов обеспечения почв органическим веществом в земледелии
является применение органических удобрений в виде навоза, компостов, соломы и т.д.
Человеческое общество может развиваться, только используя
ресурсы окружающей среды, которые, как теперь стали понимать, не
безграничны и насущной задачей является их возобновление и рациональное использование. Современная цивилизация основана на
использовании солнечной энергии, запасённой зелёными растениями древних биосфер и содержащейся в погребённом органическом
веществе в виде каменного угля, нефти и газа, горючих сланцев и
других не возобновляемых источниках энергии.
Однако легко доступные ресурсы энергоносителей на Земле
быстро истощаются и по некоторым прогнозам к 2030 г. стоимость
добычи ископаемых видов топлива и стоимость энергии, которую бу45
дут производить из них, сравняются, и ископаемые топлива просто
станут экономически невыгодными. Данные о потреблении различных источников энергии в мире подтверждают, что доля истощаемого топлива в мировом энергопотреблении составляет 80–81 % общего
энергопотребления, атомной энергии – около 6 % и возобновляемых
источников энергии – 12–14 %, а за вычетом доли крупных ГЭС –
около 11 % (http://baltfriends.ru/node/?q=node).
Наши исследования показали, что для поддержания и увеличения плодородия почв агроэкосистем необходимы вложения значительных энергетических ресурсов (Булаткин, 2008). Поскольку в научной литературе имеются разночтения в понятии “агроэкосистема”,
приводим наше определение этого природно-антропогенного объекта.
Агроэкосистема – это пространственно ограниченная, искусственно
созданная, нестабильная, взаимосвязанная совокупность биотических и частично изменённых абиотических компонент, характерной
особенностью которой является относительно устойчивое функционирование во времени при наличии входящего потока антропогенной
энергии и существующая для получения заранее определённого количества растительной сельскохозяйственной продукции.
Граница агроэкосистемы определяется границами одновидового
или многовидового посева на сельскохозяйственном поле или рабочем
участке. Совокупность агроэкосистем можно назвать агросферой.
Функционирование агроэкосистемы определяется степенью замкнутости потоков и интенсивностью круговорота веществ и сбалансированностью потоков энергии, и в итоге – состоянием почв. По определению выдающегося русского учёного-натуралиста профессора
А.Н. Тюрюканова (2001), почвы – супербазис человечества, основное
богатство, предоставленное человечеству природой, основной природный ресурс его существования и развития.
Как справедливо считал А.Н. Тюрюканов, “Глобальные экологические, экономические, сырьевые проблемы, проблемы качества питания приводят к однозначному выводу: нужно всемерно увеличивать
вклад современной, ныне существующей биосферы в производительную деятельность человечества. Этого можно добиться лишь единственным путём – наращиванием производительной силы почвенного
и зелёного покровов, восстановлением и усилением их мощности…”
Одним из главных приёмов повышения продуктивности посевов является расширенное воспроизводство содержания гумуса в
почвах, которое требует больших ресурсов органического вещества
и использования технической энергии. Приходная часть гумусового
баланса складывается в основном за счёт гумификации растительных
46
остатков и вносимых органических удобрений. Однако в отличие от
природных растительных экосистем, в агроэкосистемах происходит
более интенсивные потери гумуса как за счёт его окисления, так и
из-за эрозионных процессов. К тому же с полей идёт систематическое отчуждение биомассы в форме урожая. Поэтому устойчивость
продуктивности агросферы требует систематического поступления в
почвы органического вещества для поддержания оптимальной энергетики (Снакин, 2000) составляющих её агроэкосистем.
В настоящее время во многих странах делаются интенсивные попытки получения жидкого топлива из продукции растениеводства.
Налажено производство этанола и бутанола как экологически чистых добавок к углеводородному топливу в целях получения смеси,
которую называют биотопливом. В качестве сырья в первую очередь
предлагаются зерно, корнеплоды сахарной свёклы, клубни картофеля, сахарный тростник.
Засуха 2010 г. в России и других странах, наводнения на больших территориях земного шара и в результате – явная нехватка
продовольствия показали, что производство биотоплива из продовольственного сырья в больших масштабах вряд ли перспективно, за
исключением возможно Бразилии в связи со спецификой климата,
благоприятного для выращивания сахарного тростника и особенностями биологии этой культуры.
Основными источниками сырья для получения биотоплива может быть побочная продукция растениеводства и деревопереработки,
торф и в будущем древесина энергетических лесов, биомасса мискантуса и т.д.
В ИФПБ РАН разрабатываются альтернативные сценарии развития производства биотоплива из растительного сырья для условий
России, в основу которых положен эколого-энергетический подход к
анализу природно-антропогенных комплексов.
В расчётах оцениваются допустимое изъятие растительного сырья агросферы для промышленной переработки в биотопливо, запасы деловой древесины, потребность и возможные объёмы производства возобновляемой энергии в настоящем, ближайшем будущем и в
перспективе.
Исходными переменными величинами являются урожайность
зерновых культур, площади их посева, изменение поголовья крупного рогатого скота, динамика посевных площадей, уровень плодородия пахотных почв, объёмы переработанной древесины, количество
автомобильного транспорта.
В настоящее время разработаны методики, выявлены закономер47
ности формирования затрат технической энергии на производство
биотоплива в цепи “поле–завод”, оценена возможность отчуждения органического вещества из агросферы. Показаны также возможные размеры производства биоэтанола из отходов растениеводства и деревопереработки в настоящее время, на 2020 г. и поступление дополнительной
энергии в топливно-энергетический баланс страны в эти сроки.
Проблема производства возобновляемой энергии из растительного сырья многопланова и противоречива. При производстве альтернативного топлива, в первую очередь, должна ставиться задача
получения дополнительной энергии, т.е. энергии сверх затрат технической энергии на получение энергоносителя.
В связи с этим для оценки эффективности производства возобновляемой энергии мы предложили применять коэффициент абсолютной энергетической эффективности, показывающий соотношение содержащейся в синтезированном из растительной биомассы
топливе энергии с затраченными на его производство ресурсами технической энергии.
Если в конечном объёме, например, жидкого органического топлива содержится энергии меньше, чем затрачено технической энергии на его получение на всех этапах производства, процесс абсолютно
энергетически не эффективен и получение данного энергоносителя в
больших масштабах не целесообразно. При энергетическом анализе необходимо учитывать также экономию технической энергии на
транспортировку углеводородного топлива в отдалённые районы или
неудобно расположенные для подвоза места, где планируется производство и применение альтернативного энергоносителя.
Однако производство биоэнергии с нулевым или отрицательным
балансом возможно, если при её использовании достигается положительный экологический эффект в местах потребления “чистой” энергии.
По нашему мнению, в России одной из приоритетных целей применения биотоплива должно являться улучшение экологической ситуации в загрязнённых выбросами автотранспорта крупных городах
и промышленных агломерациях.
В нашей стране на долю автотранспорта приходится 90 % общего объёма вредных веществ, поступающих в атмосферу от всех видов
транспорта. По величине автовыбросов резко отличается г. Москва
– более 800 тыс. т в год.
В остальных 9 крупных городах России этот показатель также
высокий и находится в пределах 100–200 тыс. т в год.
Одним из предполагаемых источников сырья для биотоплива
могут служить солома зерновых культур и их пожнивные остатки.
48
Мы оценили основные затраты технической энергии при выращивании, уборке соломы зерновых культур и транспортировке тюков до ворот биозавода, а также возможность и ограниченность производства биотоплива из соломы на примере Московского региона и
России в целом.
Энергозатраты на солому при выращивании зерновых культур в
поле определялись через учёт расхода технической энергии на производство и внесение удобрений, соответствующих содержанию NPK
в урожае соломы. При этом коэффициент потребления азота минеральных удобрений был принят 0,6. Рассчитанный по такой методике
расход энергии на получение 1 т соломы при выращивании озимой
пшеницы составил около 190 МДж/т.
Урожайность зерновых культур оказывает существенное влияние на энергозатраты при уборке соломы: с увеличением продуктивности они резко падают в расчёте на 1 т соломы (Булаткин, 2010).
Подбор тюков после прессования – энергоёмкая операция, зависящая как от урожайности соломы, так и от расстояния переезда
к месту штабелевания. Сельскохозяйственная техника по уборке
соломы зерновых культур может быть различных марок, но закономерности связи урожайности с затратами технической энергии на 1 т
соломы останутся аналогичными установленным.
Вышеприведённый анализ рассматривает только одну, энергетическую, сторону проблемы производства биотоплива из соломы.
Однако в зависимости от площади посевных площадей зерновых
культур, численности скота в регионе, интенсивности внесения органических удобрений, количества автотранспорта, а также взгляда на
перспективу сохранения почвенного плодородия выводы о возможности переработки соломы в автомобильный этанол или биобутанол
могут быть диаметрально противоположными.
Например, на первом этапе внедрения биоэтанола в Москве он
может использоваться в качестве 5 % добавки к бензину, так как пятипроцентная добавка не требует изменения двигателя автомобилей.
Такая добавка при ежесуточном потреблении бензина в 10000 т потребует 182,5 тыс. т биоэтанола в год.
В Московской области посевы зерновых культур занимали в 2008 г.
97,8 тыс. га. При этом получено в хозяйствах всех категорий более
285,2 тыс. т соломы. Солома яровых зерновых культур является хорошим кормом и обычно полностью используется в животноводстве. Поэтому для производства биоэтанола остаётся солома озимых зерновых.
Посевы озимой пшеницы и ржи занимали в Подмосковье 42,5 тыс. га; их
урожайность составила 3,0 т/га и 3,2 т/га, соответственно.
49
При соотношении зерна к соломе 1:1 сбор соломы озимых в
Подмосковье достигает 127,2 тыс. т. Часть соломы озимых культур
применяется на подстилку крупному рогатому скоту (КРС). На 1 января 2009 г. в области содержалось 316 тыс. голов КРС, в том числе 148,1 тыс. голов коров (www.msh.mosreg.ru). При норме подстилки
в 0,5 т/голову в стойловый период для всего поголовья требуется
158 тыс. т соломы. В итоге не предназначенной животноводству соломы не остаётся. Однако в силу ряда организационных и экономических причин солому для подстилки в настоящее время обычно заменяют на древесные опилки. Значительная часть соломы после уборки
зерновых культур сжигается на поле.
Важно иметь в виду, что изъятие побочной растительной сельскохозяйственной продукции из агросферы имеет свои большие
отрицательные агроэкологические последствия, связанные с поддержанием плодородия почв, и, в первую очередь, с воспроизводством
гумуса в почвах.
В последние 15 лет в Российской Федерации резко сократилось
поголовье КРС – основного источника органического удобрения в
сельском хозяйстве – навоза, что сказалось на воспроизводстве почвенного плодородия.
Известно, что в Московской области в период 1986–1990 гг. органические удобрения вносились по 11,4 т/га ежегодно. В начальный
период химизации (1966–1970) пахотные почвы Подмосковья имели
довольно низкое содержание гумуса (около 1,81 %). В годы интенсивной химизации земледелия и систематического внесения органических удобрений в повышенных дозах (1971–1993) плодородие почв
существенно возросло, о чём свидетельствует увеличение среднего
содержания гумуса в пахотном слое почвы до 2,38 %. Затем постепенно применение навоза стало уменьшаться и в 2004 г составило только
2,0 т/га (Никитишен и др., 2007). Из-за дефицита навоза в земледелии солома зерновых в настоящее время может являться главным
источником пополнения пахотных почв органическим веществом,
необходимого для поддержания содержания гумуса. Это важное для
сохранения плодородия почв положение следует иметь в виду при
изъятии соломы с полей. Например, на выщелоченном чернозёме
систематическая запашка соломы в почву позволила стабилизировать гумусное состояние почвы, в то время как при традиционной
технологии использования соломы, когда солома удаляется с поля,
происходит постепенное снижение его запасов (Брагин и др., 2010).
Поэтому неиспользованную в животноводстве солому следует
вносить в первую очередь в почву для пополнения содержания гу50
муса. Из 1 т соломы в почве может образоваться около 250 кг гумуса.
Внесение органических остатков значительно уменьшает темпы сокращения гумусности почв (Коновалов и др., 2009).
В настоящее время во многих странах мира около 75 % вегетативной массы возделываемых растений оставляют на полях, обеспечивая, таким образом, не только повышение содержания гумуса в почве,
но и предотвращая ветровую и водную эрозию (Жученко, 2008).
С каждой тонной запаханной соломы в почву поступает более
20 кг/га питательных веществ, в том числе 6–7 кг/га азота. Кроме
того, почвенные бактерии, используя запаханную солому в качестве
источника энергии, дополнительно к этому повысят в почве содержание азота на такое же количество за счёт фиксации атмосферного
азота. В результате накопившегося от запахивания 5–6 т/га соломы
азота хватит на образование 3–4 ц/га зерна пшеницы или ячменя.
Некоторые землепользователи считают измельчение соломы
при уборке урожая зерновых нерациональными затратами. Но такое
суждение необъективно. Исходя из стоимости питательных веществ
в минеральных удобрениях, расходов на их доставку и внесение в
почву, показано, что стоимость питательных веществ, содержащихся
в побочной продукции зерновых на площади 600–700 га, равна цене
зернового комбайна с измельчителем (Коновалов и др., 2009).
В связи с планами использования соломы на производство
жидкого биотоплива требуется найти альтернативные ресурсы органических веществ для восстановления плодородия почв. Данное
противоречие интересов земледелия и оздоровления экологической
ситуации в крупных городах с успехом может быть разрешено посевом сидеральных культур, то есть культур, выращиваемых с целью
внесения их надземной биомассы в качестве органического удобрения. Сидерацию следует считать дешёвым резервом поступления в
почву органического вещества и средством для активной борьбы с
водной эрозией почв, улучшения их структуры, общефизических и
водных свойств.
Сидераты можно высевать в виде промежуточных культур (посевов после уборки основной культуры). В виде занятого пара перед посевом озимых зерновых сидераты энергетически эффективны, особенно на отдалённых от животноводческих комплексов полях (таблица).
Положительное последействие занятого пара прослеживается в
течение нескольких лет. Зелёные удобрения способствуют скреплению почвенных частиц и формированию почвенных отдельностей, что
благоприятно влияет на урожай. На чернозёмах Предуралья в шестипольном зерно-паропропашном севообороте при использовании си51
Сравнительная эффективность влияния чистого пара на урожай озимой
пшеницы на чернозёмах Курской области
Урожай
зерна,
ц/га*
Прибавка
урожая
зерна,
ц/га
Чистый
43,8
Чистый+30 т/га навоза
Вид пара
Затраты антропогенной
энергии на органические
удобрения, МДж
на 1 га
на 1 ц прибавки
урожая зерна
–
–
–
50,7
6,9
11758
1704
Люпиновый
49,7
5,9
3328
564
Донниковый
48,9
5,1
2282
447
*Стифеев и др., 2002
дерального донникового пара содержание гумуса в почве под всеми
культурами увеличивалось. Вместе с тем иногда многолетние и однолетние травы приводят к иссушению почв. Например, в отдельные
засушливые годы в Предуралье запасы продуктивной влаги в почве
чернозёмов к моменту заделки сидератов достигали критических значений. Поэтому в засушливые годы по сидеральным парам в условиях
Предуралья и аналогичных по погодным условиям территорий высевать озимые культуры не рекомендуется (Середа и др., 2010).
Важным приёмом биологизации земледелия и сохранения содержания гумуса в почвах в условиях интенсивного земледелия является использование в качестве сидератов посевов промежуточных
культур, позволяющих получать зелёное удобрение без уменьшения
посевов основных культур. Пожнивное и укосное зелёное удобрение
возделывается после уборки основной культуры, например, после
уборки озимой пшеницы или озимой ржи, раннего картофеля, однолетних трав и озимой ржи на зелёный корм, гороха, а в южных
районах – даже после уборки ячменя. В этом случае используются
культуры с коротким вегетационным периодом, те, которые быстро
набирают вегетативную массу и не требуют много тепла. Выращивание пожнивных культур приближает агроэкосистемы к естественным травяным экосистемам, при этом запас подвижных химических
элементов удерживается в корнеобитаемом слое на биологическом
геохимическом барьере. Наши полевые исследования на серых лесных почвах показали, что пожнивные посевы горчицы белой после
уборки озимой пшеницы значительно уменьшают содержание минеральных форм азота в почве осенью. Концентрация азота в надземной фитомассе горчицы к концу её вегетации составила 1,97–3,20 %
52
в пересчёте на воздушно-сухое вещество и закономерно увеличивалось от 1,97 % на варианте без удобрений до 2,73–3,20 % в вариантах
с интенсивной предыдущей удобренностью. Затраты технической
энергии на возделывание горчицы составили около 793 МДж/га. В
то же время в агроландшафте происходит экономия энергоресурсов
в связи с отсутствием работ по внесению органических удобрений на
восстановление эрозионных потерь гумуса. Величина этой экономии
достигает 1805 МДж/га. К тому же поступление органического вещества надземной и подземной части сидератов способствует стабилизации содержания гумуса в почве и увеличению урожайности последующих культур.
В целом крупномасштабное изъятие соломы и пожнивных остатков из биологического круговорота в земледелии России без компенсирующего посева сидератов поставит большие земледельческие
территории перед лицом агроэкологической катастрофы, приведёт к
резкому снижению урожайности всех культур. Ведь уже в настоящее
время средневзвешенное содержание органического вещества в пахотных почвах в целом по Российской Федерации составляет только
3,98 %. Преобладают почвы со средневзвешенным содержанием органического вещества в пределах 2,1–4,0 % (39,1 млн га). В 8 субъектах
страны (на площади 5,8 млн га) гумуса в почвах содержится менее
2 % (Сычев и др., 2008). Однако для получения высоких и устойчивых урожаев важно не только абсолютное содержание гумуса в почвах, но и систематическое поступление в почву свежей органики.
Определённым выходом из дефицита органического вещества
является повышение продуктивности зерновых культур. Для этого
имеется реальная перспектива. Так в длительном опыте Центральной
опытной станции ВНИИ агрохимии (Московская область) на дерновоподзолистой почве показана возможность получения урожайности озимой пшеницы в севообороте на уровне 8–9 т/га (Сычев, и др., 2010).
При увеличении средних урожаев озимых зерновых в России до 5,0
– 6,0 т/га в России объёмы производства соломы возрастают в 2 раза.
Но такое повышение урожаев невозможно без известкования почв,
внесения достаточных доз минеральных и органических удобрений.
По данным (Панцхава и др., 2008), современное растениеводство
России имеет в целом около 150 млн т органических отходов, которые
(как считают авторы) можно использовать для производства биотоплива. Однако по нашему мнению, эта органика в настоящее время в
первую очередь необходима для поддержания плодородия пахотных
почв, являясь основным источником пополнения гумуса!
Реально в земледелии России используется 30,0 млн т сидератов
53
(5,5 млн т органического вещества). Потенциальные ресурсы органического вещества сидератов оцениваются в 96,8 млн т (Еськов и др., 2006).
В то же время развёртывание сидерации на больших площадях
пашни – задача перспективная и в условиях частной собственности
на землю требует больших усилий по стимулированию со стороны
государства, как это делается в развитых странах.
В России из севооборота в последнее десятилетие выведено около 20 млн га пахотных земель.
В качестве источников растительной биомассы для получения
биоэнергии в различных странах в настоящее время предлагаются
энергетические леса и посадки растений мискантуса.
Наиболее распространенным видом, используемым в энергетическом лесоводстве, является ива корзиночная (Salix Viminalis), характеризующаяся быстрым ростом и высокой устойчивостью к болезням (Tahvanainen, 1995):
Заложение насаждений производится с использованием стволовых черенков длиной около 20 см. Плотность посадки: около 18 000
черенков на гектар. Посадка осуществляется весной сразу же после
обработки почвы и проведения мероприятий по борьбе с сорняками
с целью создания максимально благоприятных условий для укоренения и развития побегов.
Чрезвычайно важное значение имеют ирригация и эффективная
борьба с сорняками, особенно в год заложения насаждения. Наиболее производительные посадочные машины проводят одновременную четырехрядную посадку черенков. Посадка одного гектара занимает около одного часа. После первого лета осуществляется срезка
побегов, после чего начинается период промышленной заготовки. На
заложенных надлежащим образом плантациях можно получить урожай от 9 до 12 т/га сухого вещества в год с содержанием энергии, эквивалентным содержанию энергии в 3,7–4,9 т нефти.
Сбор урожая с одной плантации производится каждые 4–5 лет.
После срезания растений из пней вырастают новые побеги. Этот цикл
может продолжаться в течение 25–35 лет, после чего осуществляется
перезаложение насаждения. Заготовительные работы производятся на плантации ивняка в зимний период после опадания листвы и
замерзания почвы. Заготовка целых стволов облегчает складирование. Стволы могут подсушиваться в укладываемых на открытом
воздухе штабелях, при этом к следующей осени содержание влаги
в них уменьшается до 30 %. Наиболее эффективные заготовительные комбайны представляют собой самоходные машины, срезающие
и измельчающие побеги и помещающие биомассу на загрузочные
54
платформы. Некоторые рубильные машины могут агрегатироваться
с сельскохозяйственными тракторами. В этом случае уборка одного
гектара занимает около трех часов.
В настоящее время в южной Швеции имеется около 18 000 га
энергетических лесов, которые состоят в основном из различных видов
Salix. Были разработаны эффективные технологии культивирования и
лесопользования, вместе с тем требует решения проблема неравномерности качества плантаций за счёт внесения минеральных удобрений.
Однако лучше всего ивняк растет на доброкачественных сельскохозяйственных землях с хорошей водопропускной способностью.
Мы считаем, что в России в ближайшие годы среди энергетических культур основное внимание может быть отведено мискантусу китайскому (Miscanthus sinensis). Мискантус – род многолетних травянистых растений семейства мятликовых. Продуктивность его новых
форм, выведенных в Институте цитологии и генетики СО РАН, составляет 10–15 т/га/год сухой биомассы (Шумный и др., 2010). Урожайность биомассы мискантуса во Франции составляет 20 т с гектара (Bioenergy…, 2007). Мискантус китайский является многолетним
злаком и может ежегодно на протяжении 20 лет продуцировать на
одном поле. Популяция, отобранная в ИЦГ СО РАН, обладает высокой зимостойкостью даже в условиях Западной Сибири в отличие от
других форм мискантуса, используемых в европейских странах.
Мискантус в целом не требователен к почвам, но на плантации
необходимо внесение полной нормы минерального удобрения. Иностранные авторы рекомендуют дозы азота не выше 150 кг/га, а соотношение N:P:K – около 1:0,4:0,5.
Размножение растения возможно частями корневищ. Обычно корневища короткие (5–10 см), образуются в течение вегетации, зимуют,
а весной дают новые побеги. В результате происходит медленная колонизация пространства с образованием сильно разросшихся кочек. Высадку проводят весной отдельными короткими корневищами, обычно
размещая их рядами с широкими междурядьями (60–75 см).
Существует два способа вегетативного размножения Мискантуса: делением корневищ и способ культуры “меристематического
размножения в пробирке”. Первый способ заключается в разрезании корневища на куски, а затем высадка на плантации. Он прост и
дает хорошие результаты в виде быстро развивающихся растений,
но связан с необходимостью иметь доступ к маточным плантациям
основного посадочного материала. Подготовка и посадка занимают
много времени и трудоёмки. В свою очередь, получение посадочного
материала культур “в пробирке” является более технически совер55
шенным, но требует специальных лабораторных условий. Благодаря
этой технологии в течение короткого времени можно получить большое количество растений. Растения, полученные через культуру “в
пробирке” принципиально не отличаются от растений, полученных
в результате деления корневищ, за исключением низкой начальной
скоростью роста и меньшей морозостойкости в первый год после посадки. Тем не менее, эти различия выравниваются в течение второго
и третьего года культивирования и урожай биомассы даёт сопоставимые результаты по сравнению с посадкой корневищами.
В случае посадки кусочками корневищ получаются хорошие результаты при размещении их на глубине 10–15 см; а глубина посадки
сеянцев выращенных “в пробирке” определяется размером полученных растений. Плотность посадки растений на 1 м2 должна быть от 1
до 3 штук, что дает на 1 га от 10000 до 30000 саженцев. Посадки 1-го
растения на 1м2 экономит посадочный материал, что имеет важное
значение для сокращения расходов на закупку саженцев. В свою очередь, плотная посадка (3 штуки на 1 м2) позволяет растениям мискантуса быть более конкурентными с сорняками на плантациях и быстро
приводит к смыканию в междурядьях, и тем самым почти полностью
устраняет проблему борьбы с сорняками. На практике интервалы
между рядами колеблются от 0,7 до 1,0 м, а расстояние между растениями в ряду – от 45 до 100 см.
Наиболее рациональный способ уборки заключается в транспортировке биомассы от поля до биозавода без промежуточного хранения.
Это означает, однако, необходимость размещать насаждения мискантуса в непосредственной близости к конечному пользователю.
В первый год после посадки мискантуса производят механическую борьбу с сорняками в междурядьях, используя наборы традиционных культиваторов. Это желательно делать на ранних стадиях
развития растений сорняков. В случае большого засорения посевов
двудольными сорняками могут быть применены гербициды из группы производных триазинов. После 2 или 3 лет выращивания сильно
растущий мискантус уменьшает засорённость плантации, подавляя
сорняки. Снижение засорения продуктивных насаждений происходит в результате интенсивного роста растений и, в результате, существенного затенения почвы. В европейских условиях мискантус
обладает высокой устойчивостью к большинству вредителей. На
плантациях нет необходимости применять химические средства, что
снижает издержки производства биомассы.
Из других операций по уходу в первый год после посадки применяется мульча толщиной около 30 см почвы вдоль рядка, чтобы
56
лучше защитить растения от холода во время зимнего периода. Такой способ защиты корней дает очень хорошие результаты, особенно,
если саженцы были получены с помощью культуры “в пробирке”. В
Европе до сих пор не наблюдается появления болезней на растениях,
но имеется один из вирусов, который приводит к торможению роста
и пожелтению растений; однако болезнь не передается от растения к
растению. Её единственным источником являются инфицированные
саженцы, поэтому важно купить здоровый посадочный материал.
В Новосибирске выделена необычная форма с очень длинными корневищами, которые быстро колонизируют почвенное пространство и создают сплошную ровную плантацию мискантуса без образования кочек.
Преимущества данного травянистого растения перед энергетическими лесами заключается, прежде всего, в том, что товарная продукция получается уже со 2 года после посадки. В дальнейшем уборка
может производиться как через год, так и ежегодно. За счёт поступления в почву опавших листьев может существенно повышаться содержание гумуса в почве. Для уборки биомассы не требуется набора
специализированной дорогостоящей техники, и скашивание надземной биомассы может производиться обычными кукурузоуборочными комбайнами.
В случае необходимости посадки мискантуса легко заменить на
сельскохозяйственные культуры без нарушения почвенного покрова.
Посадка мискантуса даже на части не занятой сельскохозяйственными культурами площади пашни России позволит получить
большое количество растительной биомассы, сохранить плодородие
почв и предотвратить зарастание пашни кустарником и редколесьем.
Биомасса может быть использована в начале эксплуатации насаждений для производства топливных пеллет и брикетов, а после строительства биозаводов – и для производства жидкого биотоплива.
Однако предварительно требуются разработка и апробирование технологий возделывания мискантуса в разнообразных почвенно-климатических зонах страны, разработка системы удобрений и оценка
энергетической эффективности его производства.
Литература
Брагин В.Н., Юмашев Х.С. Изменение агрохимических свойств выщелоченного
чернозёма в результате длительного применения минеральных удобрений и соломы в
стационарных опытах Геосети // Состояние и перспективы агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями. М.: ВНИИА, 2010. С. 62–65.
Булаткин Г.А. Эколого-энергетические основы продуктивности агроэкосистем.
М.: НИА-Природа, 2008. 366 с.
57
Булаткин Г.А. Оценка эффективности производства нетрадиционных и возобновляемых источников энергии // Вестник РАН. 2009. Т. 79. №7. С. 108–116.
Еськов А.И., Лукин С.М., Тарасов С.И. Новые виды органических, органоминеральных удобрений и биокомпостов // Плодородие. 2006. №5 (32). С. 21–23.
Жученко А.А. Адаптивное растениеводство (эколого-генетические основы) теория и практика. Т. 1. М.: Изд-во “Агрорус”. 2008. 814 с.
Коновалов Н.Д., Коновалова С.Н. Важные источники плодородия //Земледелие.
2009. №5. С. 15–16.
Никитишен В.И., Курганова Е.В. Плодородие и удобрение серых лесных почв
ополий Центральной России. М.: Наука. 2007. 368 с.
Панцхава Е.С., Шипилов М.М., Ковалёв Н.Д. Биоресурсы России и их использование // Биоэнергетика. 2008. №3. С. 28–34.
Середа Н.А., Акбиров Р.А., Тарасов А.Л. Эффективность многолетних трав и сидератов в воспроизводстве агрофизических свойств чернозёма // Плодородие. 2010. № 1
(52) С. 27–28.
Снакин В.В. Экология и охрана природы. Словарь-справочник / Под ред. А.Л. Яншина. М.: Academia. 2000. 384 с.
Сычов В.Г., Романенков В.А. Основные итоги и стратегия развития Географической сети опытов с удобрениями // Состояние и перспективы агрохимических исследований в Географической сети опытов с удобрениями. М.: ВНИИА, 2010. С. 3–6.
Сычев В.Г., Кузнецов А.В., Павлихина А.В., Лобас Н.В. Содержание гумуса, подвижного фосфора, обменного калия и степень кислотности пахотных почв Российской
Федерации // Плодородие. 2008. №3 (42). С. 1–3.
Тюрюканов А.Н. Почвы – природный базис человечества // Избр. труды. М: РЭФИА, 2001. С. 201–210.
Французы гранулируют мискантус // Bioenergy international. 2007. №4. Р. 25.
Шумный В.К., Вепрев С.Г., Нечипоренко Н.Н. и др. Новая форма мискантуса китайского (Miscanthus sinensis Anders.) как перспективный источник целлюлозосодержащего сырья // Вестник ВОГиС. 2010. Том 14. №1. С. 122–126.
СОЗИДАТЕЛЬНАЯ СИЛА ПОЧВЫ
Я.Р. Васильков, Н.В. Рощин, В.М. Комаров, к.т.н.
Некоммерческое партнёрство «АСИ-БИОСФЕРА», Москва
Medicus curat, natura sanat
(Врач лечит, природа исцеляет)
Гиппократ
Человек и Общество с древних времён находились в состоянии
гармонии с Природой, подчиняясь правилам естественного биосферного миропорядка, одним из которых утверждалась необходимость
соблюдения меры при потреблении природных запасов. Существовавшая традиция разумного потребления, позволяло природе успеш58
но выполнять миссию гаранта жизни на Земле.
В дальнейшем, техногенная активность человечества стала стремительно возрастать, образуя качественно новую социальную среду
техносферу – продукт “технического прогресса”. Эта структура представляла искусственную среду обитания для сформировавшегося технократического общества, которое было обречено на излишнее потребление природных ресурсов. Образовался негармоничный симбиоз
биосферы и техносферы с агрессивным доминированием последней.
В этих условиях утвердилась завышенная социальная норма
потребления, согласно которой Природа рассматривается в качестве
“глобального ресурса”.
Длительное применение указанной техногенной нормы привело
к тому, что легко воспроизводимые природные запасы (почва, растительный и животный мир и др.) в настоящее время не успевают восстанавливаться естественным образом, а не поддающиеся быстрому
восстановлению минералы, нефть, газ – исчезают бесследно.
В результате, изначально целостный и органичный союз человека и
природы начал стремительно разрушаться. Усилились процессы латентного накопления природой негативных качественных изменений, периодически проявляющихся в виде локальных экологических катастроф.
Следует особо отметить, что накопившиеся экологические проблемы современного общества в принципе не могут быть решены на
основе техносферных методологий и методов. Более того, общество,
загипнотизированное иллюзорными возможностями техногенного
прогресса, становится неадекватным и не способным к созидательному целеполаганию.
Для решения задач по согласованию и гармонизации взаимодействия биосферы и техносферы необходимо усвоить и эффективно
использовать систему знаний о биосферных механизмах функционирования природы и ускоренно формировать систему технологий
реабилитационного характера, обеспечивающих восстановление, поддержание и сохранение источников естественных ресурсов.
Важное место в структуре биосферных знаний занимает почва –
главный организатор единой слаженной работы биологических и небиологических систем во всём многообразии ландшафтных пространств.
Функционируя в режиме «живого суперкомпьютера», почва способна решать задачи разной степени сложности: от сравнительно простых – обеспечения естественного плодородия и продуктивности до
сверхсложных – образование и поддержание динамически целостных
пространственных структур – биогеоценозов, являющихся элементарными ячейками биосферы (Тимофеев-Ресовский, Тюрюканов, 1966).
59
За последние десятилетия, в стенах МГУ, благодаря усилиям нашего современника классика почвоведения академика РАН Г.В. Добровольского, разработана концепция эколого-генетических функций
почв в биосфере, где почва рассматривается как особый компонент
биосферы, выполняющий в ней набор определенных системообразующих функций, которые не могут быть выполнены никаким другим
компонентом биосферы. Эта концепция послужила основой нового
функционально-экологического направления в почвоведении, что
позволило отечественным междисциплинарным научным школам
обосновывать и осуществлять качественно новые фундаментальные
и прикладные изыскания в области экологии почв и биосферы в целом. В конечном итоге, это ускорило внедрение технологий биосферного характера и позволило масштабировать их применение.
Так, учёные нашей организации, разделяющие систему научных взглядов и представлений о почве профессора А.Н. Тюрюканова
– выдающегося представителя русской естественнонаучной школы
В.В. Докучаева, В.И. Вернадского, Н.В. Тимофеева-Ресовского, утверждавшего, что почва это целостно-живое природное тело, экспериментальным путём установили следующее: дееспособность почвы
зависит от уровня и степени её внутренней организованности.
В 2000 году НП «АСИ-БИОСФЕРА» зарегистрировало открытие «Явление эндогенной электрической активности почвы», которое
отражает уровень и степень единой внутренней организованности и
функциональной активности почвенной системы.
В ходе целевых научных изысканий был разработан способ диагностики общей функциональной активности почвы (государственные
патенты №: 2267127, 2279074, 2279073 и др.), позволяющий оценивать
её дееспособность (здоровье) и уровень и степень функциональной
деградации (болезнь). Был создан инновационный диагностический
комплекс, способный обнаруживать, регистрировать и визуализировать устойчивые динамические состояния нелинейного характера
разных типов почв, а также их микробиологических подсистем.
Получаемые “ритмопортреты” почвы дают возможность оценить в реальном масштабе времени произошедшие изменения функциональной активности почвенных систем в целом.
Проведённые исследования позволили нашей организации разработать и освоить новый метод оздоровления почвенной системы,
направленный на ускоренное восстановление и поддержание естественного плодородия и иных экологических функций почвы – метод
функциональной реабилитации почв, который включает в себя следующий ряд взаимосвязанных технологических операций:
60
• экспресс-диагностику состояния почвенного покрова циклического характера, на основе открытия «Явление эндогенной электрической активности почвы»;
• активизацию органоминеральной и микробиологической
компонент почвенной системы;
• восстановление микробиологического сообщества почвы
путём внесения селективно отобранных высокоактивных географически близких почвенных микроорганизмов с обеспечением процесса их адаптации;
• восстановление почвенной системы до состояния единого
природного ансамбля, способного к естественному плодородию и
продуктивности, а также поддержанию рекреационного потенциала
ландшафта.
Применяемая в указанной технологии экспресс диагностика основана на регистрации, выявлении и анализе спектра нелинейной
частотной динамики эндогенной электрической активности почвы.
Указанная электрическая активность сопровождает большинство
биокосных микропроцессов, согласованно протекающих в наномасштабных почвенных структурах (надмолекулярных органоминеральных матрицах), формируя основные качества почвенных систем. Это
позволяет использовать полученные данные для оценки состояния
жизнеспособности и жизнедеятельности почвенной системы в целом.
Следует отметить, что особенность метода заключается в том,
что реабилитационные мероприятия производятся без нарушения
целостности сложившегося почвенного покрова.
Данная экотехнология зарегистрирована в рабочем классификаторе
Департамента природопользования и охраны окружающей среды Москвы с указанием организации – разработчика «АСИ-БИОСФЕРА».
В течение 13 лет метод функциональной реабилитации почвенного покрова применялся на многих известных объектах Москвы и
ближайшего Подмосковья:
• на территориях исторических памятников садово-паркового искусства (Московский Кремль, Александровский сад, Кремлёвская набережная, бульвары Бульварного Кольца, территория Храма
Христа Спасителя, сквер у Большого театра, Лубянская площадь и
др. – рис. 1);
• в зонах детского отдыха и объектах народного образования
(Детский парк №1, Школа интернат на Ленинском пр-те, д. № 97а,
спорт-зона и парк отдыха в Южном Бутове и др.);
• на территориях социально значимых объектов (ГКБ № 20, ДГБ
№ 1 им. Морозова, ГКПБ № 1 им. Алексеева, Дом ветеранов № 1 и др.);
61
Рис. 1. Александровский сад Московского Кремля – затенённый участок: визуальное состояние жизнедеятельности почвенного покрова до
и после функциональной реабилитации
• на объектах городской инфраструктуры сопряженных с транспортными магистралями (озеленённые территории на транспортной
развязке Рижской эстакады, сквер у Рижского вокзала, пр-т Мира, участки 3-го Транспортного кольца, Олимпийском пр-те и др. – рис. 2);
• на территориях Подмосковных баз отдыха;
• на особо охраняемых природных территориях столичного
мегаполиса (Строгинская пойма, Серебряный Бор).
Общая площадь ландшафтных территорий, на которых удавалось длительное время поддерживать экологическое благополучие,
используя высокий потенциал жизнеспособности и жизнедеятельности почвенного покрова, превышает 150 га.
Известно, что в ряде европейских стран, в первую очередь в Швейцарии, уделяется особое внимание вопросам поддержания экологически
здоровой естественной среды обитания, как в целом по стране, так и в местах расположения частных владений. Более того, в Швейцарии уровень
и степень экологической безопасности регламентируется государством
через систему экологических стандартов, в первую очередь стандартов
международной организации по стандартизации – ISO, в которых почва
представлена, как особо ценный экологический ресурс, формирующий
живое ландшафтное пространство.
В представленном методе функциональной реабилитации город-
Рис. 2. Третье транспортное кольцо: откосы (слева до обработки,
справа – после)
62
ских почв и системы почва–ландшафт учтены опыт экологического и
биодинамического природопользования в Швейцарии и основные рекомендации, изложенные в Европейской конвенции о ландшафтах (2000).
Многолетняя практика НП «АСИ-БИОСФЕРА» показала, что
для восстановления и поддержания важнейших почвенных экологических функций необходимо обеспечить дееспособность режима текущего эксплуатационного обслуживания городских почв. Надёжное
восстановление и поддержание экологических ресурсов городских
почв возможно только профилактическими мерами, путём организации на всей территории Москвы системы одновременных масштабных работ по сезонному уходу за городскими незапечатанными почвами со сложившимся почвенным режимом.
Согласно Генеральной схеме комплексного благоустройства города Москвы, в строительстве экологического каркаса столичного мегаполиса участвует незначительное количество титульных городских
территорий, входящих в состав активно посещаемых рекреационных
территорий. Это городской природный комплекс (ГПК) с особо охраняемыми природными территориями (ООПТ).
В то же время установлено, что ГПК и ООПТ не обладают достаточным запасом экологической мощности для защиты жителей Москвы от
негативного воздействия постоянно усиливающихся техногенных, рекреационных и погодно-климатических нагрузок. Низкая экологическая
эффективность функционирования ГПК и ООПТ является следствием
завышенных экспертных оценок потенциальной возможности городских
зелёных насаждений и лесных массивов противодействовать крупномасштабной техногенной и погодно-климатической агрессии.
Городские зелёные насаждения и лесные массивы находятся в
угнетённом состоянии и сами нуждаются в защите от интенсивного
всесезонного техногенного прессинга и стрессовых погодно-климатических воздействий.
В силу того, что городские почвы длительное время не рассматривались в качестве особо ценного экологического ресурса и не были
выделены в качестве самостоятельного объекта и инструмента, обеспечивающего экологическое благополучие столицы, в службах внешнего
благоустройства Москвы сложилась практика декоративно-технического (имитационного) озеленения – продукта техносферной экологии.
Целью декоративно-технического озеленения является получение на территориях городских ландшафтов внешнего декоративного
эффекта на основе субстратного (грунтового или почво-грунтового)
покрытия искусственного происхождения и методов промышленной
агрохимии, небезопасных для экологической ситуации столицы.
63
В 2007 г. был принят Закон № 31 «О городских почвах» Москвы.
НП «АСИ-БИОСФЕРА», будучи в составе рабочей группы по подготовке проекта указанного закона, принимала и продолжает принимать участие в законотворческом процессе – в формировании правовых норм, регулирующих вопросы эксплуатационного обслуживания
(уход и содержание) городских почв.
С помощью Закона «О городских почвах» в правовое обращение введён ряд качественно новых понятий (городские почвы, экологические функции городских почв, запечатанные и озеленённые
городские почвы, экологический режим городских почв озеленённых
территорий). Законом вводятся нормы (критерии) экологической
безопасности мегаполиса:
• приняты соотношения озелененных и запечатанных городских
почв, в привязке к правилам градостроительного зонирования, что создаёт благоприятные условия для формирования устойчивого к техногенным антропогенным нагрузкам экологического каркаса столичного
мегаполиса;
• формулируются дифференцированные требования для всех
категорий озеленённых территорий по соблюдению экологического режима городских почв, в части восстановления и поддержания системы
их экологических функций – сверхмощного источника воспроизводства
экологического потенциала;
• устанавливается методологически единая триада городской
почвовосстановительной деятельности: рекультивация, санация,
реабилитация;
• обозначаются новейшие механизмы внебюджетного финансирования, как в доходной, так и расходной их части: финансовые гарантии на предмет возможности причинения вреда городским почвам и др.
Следует отметить, что методы рекультивации и санации целесообразно использовать в экстренных ситуациях или при производстве плановых работ по капитальному ремонту ландшафтных территорий с полной или частичной заменой почвенного покрова, согласно
сложившимся нормативам – не более одного раза в пять-семь лет.
Методы реабилитации должны применяться в ходе ежегодных
сезонных работ по эксплуатационному обслуживанию – содержанию
и уходу за городскими почвами, обеспечивая их жизнеспособность
и жизнедеятельность в межкапитальный период. Этот метод следует
также использовать для профилактического оздоровления почвенных ресурсов в прилегающих областях (Московская, Смоленская,
Тверская, Владимирская и др.), испытывающих негативное техногенное воздействие столичного мегаполиса.
64
Согласно данным Государственных докладов «О состоянии окружающей природной среды г. Москвы» и иных информационных источников, следует, что 23 тыс. га земель столичного мегаполиса требуют постоянного контроля за состоянием городских почв, а в первоочередных
работах по их оздоровлению или замене нуждается от 2,5 до 5 тыс. га, при
общей потребности в производстве указанных работ на 16 тыс. га.
НП «АСИ-БИОСФЕРА» считает, что переход на эксплуатационное обслуживание (уход, содержание) всех 23 тыс. га незапечатанных
городских почв – наиболее реальная возможность значительного усиления экологической защищённости Москвы и создания в ближайшем
будущем благоприятных условий для реализации международных
стандартов качества жизни, декларируемых для городов-мегаполисов.
Негативная экологическая ситуация, сложившаяся летом 2010 г.
в столичном регионе, показала необходимость срочной мобилизации
всех природных источников защиты столичного мегаполиса от негативного воздействия техногенных и погодно-климатических факторов. В целях усиления потенциала экологической безопасности
Москвы в текущем году, целесообразно в кратчайшие сроки активизировать не задействованные ранее ресурсы жизнеобеспечения всех
незапечатанных городских почв на территории столицы.
Литература
Европейская конвенция о ландшафтах. EST № 176. Совет Европы, Флоренция,
20.10. 2000.
Комаров В.М., Татур В.Ю. и др. Явление эндогенной электрической активности
почвы. Научное открытие № А-169 от 25.02.2000. Диплом № 143 от 26.05.2000.
Тимофеев-Ресовский Н.В., Тюрюканов А.Н. Об элементарных биохорологических
подразделениях биосферы // Бюлл. МОИП. Отд. Биол. 1966. Т. LXXI, № 1. С. 123–132.
УСТОЙЧИВОСТЬ ЛАНДШАФТОВ ПРИМОРСКИХ
НИЗМЕННОСТЕЙ СЕВЕРА ЯКУТИИ В
СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
А.А. Веремеева
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
Ландшафты приморских низменностей Севера Якутии сложены
отложениями ледового комплекса (ЛК) – многолетнемерзлыми высокольдистыми осадочными породами позднеплейстоценового возраста
с мощными полигонально-жильными льдами. Льдистость отложений
достигает 60–80 %, среднегодовые температуры грунтов составляют –
65
9…110С. В настоящее время распространена точка зрения, согласно которой наиболее льдистые низкотемпературные грунты являются наименее
устойчивыми к проявлению тепловых процессов (Граве, 1980; Николаева, 2008 др.). Однако ряд исследователей пришли к выводу о значительной устойчивости подобных ландшафтов (Гречищев и др.,1980; Кузнецова, 1980; Любомиров, 2005 и др.). Данные по мониторингу приморских
низменностей Севера Якутии за изменением глубин сезонно-талого слоя
и температур мерзлых пород в скважинах в течение последних 25 лет говорят о стабильности термического состояния вечной мерзлоты в этом
районе (Гиличинский и др., 2008).
Одним из возможных индикаторов отклика природной среды на
изменение климата является изменение площадей термокарстовых озер.
Возможность использования космических и аэрофотоснимков в последние десятилетия позволила получить данные по этому параметру. Для
приморских низменностей Севера Якутии в пределах районов распространения отложений ЛК, исследования по изменению площадей термокарстовых озер на современном этапе показали как увеличение, так и
уменьшение площадей отдельных озер (Кривцова, Быстрова, 2009; Григорьев и др., 2009). Установлено, что сход озер в пределах тундровой зоны
Колымской низменности происходит в районе южных тундр (Веремеева,
2010). Увеличение площадей озер и обводненности территории происходит южнее, в зоне леостундры и северной тайги (Григорьев, 2009). На
неоднозначную реакцию различных районов криолитозоны на изменение климата в последние десятилетия указывает В.Н. Конищев (2009).
Использование геоинформационных технологий позволяет оценить
степень переработки термокарстовыми и термоэрозионными процессами позднеплейстоценовых равнин в голоцене, выявить современные
геоморфологические процессы и оценить площади современных озер и
их изменение на ключевых участках. Цель настоящей работы – выявить
закономерности распространения термокарстовых озер приморских низменностей Севера Якутии и оценить изменение их площадей за последние десятилетия на основе использования ГИС-технологий.
Методы и объекты исследований. Район исследований – тундровая зона Колымской низменности. Основными формами рельефа являются останцы позднеплейстоценовых равнин, сложенных отложениями
ЛК (едомы), озерно-термокарстовые котловины (аласы) и долины рек.
Полевые исследования проводились в районе нижнего течения р. Бол.
Чукочьей. Для картирования основных типов рельефа использовались
снимки СORONA с разрешением 5 м (рис. 1) и топографические карты
масштаба 1:200 000. Выделение районов распространения основных типов рельефа - едом и аласов, проводилось на основе геоморфологической
66
схемы (Государственная геологическая карта…, 2000) и топографических
карт масштаба 1:200 000. Выделено четыре района на двух ключевых
участках; площадь районов составляет от 1081 до 1613 км2. Для каждого района определялись площади аласов и озер по отношению к общей
площади района. Едомы, аласы и озера, площадью более 0,01 км2, были
оцифрованы вручную.
Использование снимков высокого
разрешения
CORONA позволило
выявить закономерности распространения
процессов
термоденудации
склонов едом. Сравнение
снимков
CORONA (съемка
1969 г.), Landsat за
1973 г. (съемка 15.06)
и 2001 г. (съемка
27.06)
позволило
оценить изменение
площадей термокарстовых озер за 28-летний период. Для создания ГИС
использованы программы Mapinfo 8.5 и ArcGis 9.2.
Результаты исследований. Ключевой участок “Среднее течение
р. Бол. Чукочья”. В пределах участка выделено два геоморфологических района. Району распространения едом соответствуют средние
абсолютные высоты 50–70 м. Здесь сохранились значительные по
площади массивы едом, приуроченные, как правило, к бортам речных долин. Площадь аласов составляет 64 %, их заозеренность – 20 %
(табл. 1). Отмечается значительная расчлененность позднеплейстоценовых поверхностей, представляющих собой преимущественно останцы с пологими склонами. Аласы представляют собой как небольшие по размеру отдельные котловины (до 3 км2), так и значительные
по площади, слившиеся друг с другом котловины с озерами площадью до 6 км2. Отмечается как увеличение, так и уменьшение площадей некоторых термокарстовых озер за период с 1973 по 2001 гг.
Район распространения аласов имеет более низкие средние абсолютные отметки, равные 20–40 м. Аласы представляют собой обширные слившиеся друг с другом котловины со значительной заозеренностью и наличием крупных озер площадью более 50 км2.
67
Таблица 1. Соотношение площадей едом, аласов и термокарстовых озер
от общей площади геоморфологических районов ключевого участка
“Среднее течение р. Бол. Чукочья”
Геоморфологические
районы и их площадь
Площадь,
Площадь,
занятая
занятая
едомами, % аласами, %
Площадь термокарстовых озер
в % всей
площади
участка
в%
площади
аласов
Район распространения
едом (1112 км2)
36
64
13
20
Район распространения
аласов (1613 км2)
8
91
33
36
Едомные поверхности сохранились в виде отдельных останцов и
занимают незначительную площадь (см. табл.1). Отмечается уменьшение площадей и сход отдельных термокарстовых озер. В целом для
аласов характерны процессы заболачивания и зарастания озер.
Ключевой участок “Нижнее течение р. Бол. Чукочья”. В пределах
участка выделено два геоморфологических района. Район распространения едом охватывает часть левобережья и территорию правобережья реки Бол. Чукочьей с абсолютными высотами в среднем
30–50 м. Едомы характеризуются наименьшей степенью переработки
термокарстовыми процессами в голоцене (табл. 2). На плоских вершинных поверхностях едом встречаются обширные слабодренируемые участки с небольшими озерцами 2–8 м в диаметре и глубиной
около 0,5 м, занимающие 14 % площади едом всего участка.
Аласы занимают меньше половины территории (см. табл. 2) и представляют собой отдельные котловины площадью до 18 км2. Термокарстовые озера в пределах аласов имеют небольшие площади до 5 км2.
Отмечается как увеличение, так и уменьшение площадей отдельных
Таблица 2. Соотношение площадей едом, аласов и термокарстовых озер
от общей площади геоморфологических районов ключевого участка
“Нижнее течение р. Бол. Чукочья”
Площадь,
занятами
едомами, %
Площадь,
занятая
аласами, %
Район распространения
едом (1018 км2)
57
Район распространения
аласов (1049 км2)
3
Геоморфологические
районы и их площадь
68
Площадь термокарстовых озер
В % всей
площади
участка
В%
площади
аласов
43
12
27
97
43
44
термокарстовых озер в пределах озерно-термокарстовых котловин (рис. 2).
Район распространения аласов имеет абсолютные высоты в среднем 10–30 м. Практически вся территория занята обширными, слившимися друг с другом аласами с крупными озерами, занимающими
здесь наибольшие площади. Для озерно-термокарстовых котловин в
целом характерны процессы зарастания и заболачивания. Отмечается увеличение площадей отдельных озер.
Обсуждение результатов. Степень переработки термокарстовыми и термоэрозионными процессами позднеплейстоценовых равнин
приморских низменностей Севера Якутии в голоцене составляет 43–
64 % на относительно возвышенных геоморфологических уровнях и
более 90 % на более низких геоморфологиеских уровнях. Установлено, что на различных участках изученной территории происходит как
уменьшение, так и увеличение площадей отдельных термокарстовых
озер. Эти изменения происходят в пределах уже существующих аласов, а образования новых термокарстовых озер в пределах едом не
выявлено. Схожие результаты получены также для тундровой зоны
Яно-Индигирской низменности, где изменение площадей термокарстовых озер авторы связывают не с климатическими причинами, а с
эрозионными процессами (Кривцова, Быстрова, 2009). В настоящий
момент озера на рассмотренной территории занимают менее половины площади аласов, а образования новых термокарстовых озер не выявлено; характерны процессы зарастания и заболачивания озер. Это
говорит об устойчивости высокоширотных ландшафтов, сложенных
высокольдистыми низкотемпературными породами, к изменениям
окружающей среды и подтверждает вывод Т.Н. Каплиной (2010) о
Рис. 2. Изменение площадей термокарстовых озер в районе распространения едом участка “Нижнее течение р. Бол. Чукочья”
69
том, что ландшафты приморских низменностей Севера Якутии в современных условиях находятся в состоянии, близком к равновесию.
Литература
Веремеева А.А. Закономерности распространения термокарстовых озер тундровых ландшафтов Колымской низменности и изменение их заозеренности за последние
40 лет // Тезисы докладов всероссийской научной молодежной конференции “Геокриология – прошлое, настоящее, будущее”. Якутск, 2010. С. 106–108.
Гиличинский Д.А., Федоров-Давыдов Д.Г., Холодов А.Л., Быховец С.С., Остроумов В.Е.,
Абрамов А.А., Краев Г.Н., Сороковиков В.А., Зимова Г.М., Зимов С.А. Реакция температурного
режима мерзлотных почв и верхних горизонтов вечной мерзлоты на изменения климата //
Изменение окружающей среды и климата. Т. IV. М.: ИФЗ РАН, 2008. С. 36–49.
Государственная геологическая карта РФ. Масштаб 1:1000000. Лист R-(55)-57,
Нижнеколымск. Объяснительная записка. С.-Пб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2000. 163 с.
Граве Н.А. Место и направление геокриологических исследований в проблеме
охраны среды и рационального природопользования в области вечной мерзлоты //
Устойчивость поверхности к техногенным воздействиям в области вечной мерзлоты.
Якутск, 1980. С. 6–12.
Гречищев С.Е., Чистотинов Л.В., Шур Ю.Л. Криогенные физико-геологические
процессы и их прогноз. М.: Недра, 1980. 382 С.
Григорьев М.Н., Куницкий В.В., Чжан Р.В., Шепелев В.В. Об изменении геокриологических, ландшафтных и гидрологических условий в арктической зоне Восточной Сибири в
связи с потеплением климата // География и природные ресурсы. 2009. № 2. С. 5–11.
Конищев В.Н. Реакция вечной мерзлоты на потепление климата // Вестник Московского университета. Сер. 5. География. 2009. № 4. С. 10–20.
Каплина Т.Н. Аласные комплексы Северной Якутии // Криосфера Земли. 2009.
Т. XIII, № 4. С. 3–17.
Катасонов Е.М., Бискэ С.Ф. Проблемы геоморфологии Яно-Индигирской и Колымской низменностей // Материалы второго геоморфологического совещания. М.,
1959. 16 с.
Кривцова В.И., Быстрова А.Г. Изменение размеров термокарстовых озер в различных районах России за последние 30 лет // Криосфера Земли. 2009. Т. XIII, № 2.
С. 16–26.
Кузнецова И.Л. Инженерно-геокриологические условия и устойчивость многолетнемерзлых пород Приморских низменностей Якутии к нарушению естественной
природной обстановки // Устойчивость поверхности к техногенным воздействиям в
области вечной мерзлоты. Якутск, 1980. С. 75–107.
Любомиров А.С. Исследование устойчивости природных комплексов в тундрах
Якутии в свете проблем термокарста // Вестник ЯГУ. 2005. Т.2, № 3. С. 49–56.
Николаева Н.А. Оценка устойчивости ландшафтов Якутии к техногенным воздействиям // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2008. № 3. С. 60–66.
70
РАЗВИТИЕ СЛОЖНЫХ АНТРОПОГЕННЫХ
ЭКОСИСТЕМ В КОНТЕКСТЕ УСТОЙЧИВОГО
РАЗВИТИЯ ТЕХНОСФЕРЫ
П.В. Волох, к.с.-х.н, профессор, И.Х. Узбек, д.б.н., профессор,
А.С. Кобец, к.т.н., профессор, Н.В. Гончар, к.б.н.
Днепропетровский государственный аграрный университет, г. Днепропетровск, Украина
«Физика и ее дитя Техника уже в состоянии перевернуть мир, а
вместе с ним и Человечество» – писал А.Н. Тюрюканов (1990).
При открытой разработке полезных ископаемых («биогеохимическая функция человечества – как утверждал А.Н. Тюрюканов (1990)
– новая, в геологическом смысле, форма созидания и превращения
вещества в биосфере») масштабы технократической деятельности человека так велики, что могут быть сравнимы с результатами деятельности геологических процессов. Например, только на Никопольских
ГОКах в Днепропетровской области объем вскрыши составлял более
200 млн м3/год, а в КМА (Россия) – 1 млрд 245 млн м3/год.
Законом Украины «Об охране земель» определено, что “рекультивации подлежат земли, которые испытали изменения в структуре
рельефа, … в результате проведения горнодобывающих, геологоразведочных, строительных и других работ”.
Техногенез обуславливает динамическую антропогенную геологию в районе (регионе) месторождения полезных ископаемых и
“…геохимически переделывает мир” ( Ферсман, 1939). Результатом
грандиозных горных работ являются качественно новые геотехнические образования – техногенные ландшафты или техноэкосистемы, находящиеся в постоянном количественном и качественном
взаимодействии с окружающей природной средой. Антропогенный
ландшафт техногенной литосферы соприкасается с атмосферой и
включается в современные геохимические циклы круговорота веществ и энергии.
Рекультивация земель – это комплекс мероприятий (подготовительных, технических и биологических) по восстановлению хозяйственной, санитарно-гигиенической и эстетической ценности
техногенных ландшафтов, улучшение условий окружающей среды и
безопасности жизнедеятельности человека.
Основные направления рекультивации земель в степной зоне
Украины: сельскохозяйственная, лесотехническая, водохозяйственная, рекреационная, санитарно-гигиеническая.
Процесс рекультивации техногенных ландшафтов состоит из
71
трёх этапов: моделирование стратегии и направлений рекультивации;
горнотехнический; биологический (фитомелиоративный).
Первые исследования по сельскохозяйственной рекультивации
начали проводиться Днепропетровским сельскохозяйственным институтом с 1962 г. и по расширяющейся междисциплинарной научнопрактической программе продолжаются до настоящего времени проблемной лабораторией по рекультивации земель Днепропетровского
государственного аграрного университета.
В 1970 г. научными сотрудниками университета и руководством
треста “Орджоникидземарганец” на территории Запорожского карьера был создан стационар, а с течением времени, биологическая станция
по мониторингу техногенных ландшафтов и рекультивации земель общей площадью больше 100 га. В настоящее время исследования проводятся на площади 44 га. В середине 70-х годов прошлого столетия,
когда не лимитировалось финансирование научных исследований по
данной теме, на стационарах университета Верхнеднепровского ГМК
(площадь 23 га), Керченского ЖРК (площадь 5 га) и шахтных полях
Западного Донбасса (7 га) проводились комплексные исследования на
техногенно нарушенных и рекультивированных землях.
Сущность научных достижений коллектива научных сотрудников аграрного университета сводится от констатации некоторого стационарного состояния техноэкосистем или техногенного ландшафта
(самозарастание отвалов) к антропогенному формированию техноземов, литоземов, хемоземов, к анализу абиотических и биотических
факторов при рекультивации земель и их использовании на основе
биогеохимии классических работ В.В. Докучаева, В.И. Вернадского,
В.А. Ковды, А.Н. Тюрюканова.
Фундаментальные исследования научной школы ДГАУ по рекультивации земель сводятся к следующему.
1. Комплексными многолетними исследованиями испытаны
22 горные вскрышные породы (израненная “кожа” литосферы, по
А.Н. Тюрюканову) в чистом виде и их смеси в процессе естественного
зарастания, а также при возделывании на них 32 видов сельскохозяйственных культур в вегетационных и полевых опытах. На различных
вариантах рекультивированных земель, а также способах предпосадочной подготовки техногенных эдафотопов испытано около 20 пород и
сортов плодовых и ягодных культур, 15 видов лекарственных трав.
2. Важнейшим результатом многолетних, широкомасштабных
(от Керченского ЖРК до Курской магнитной аномалии) исследований явилось установление потенциального плодородия у нефитотоксичных вскрышных горных пород (постулат экотопический объем и
72
биотическая емкость Н.Т. Масюка; микробиологический профиль,
ферментативный пул литоземов и транслокационный процесс у бобовых трав И.Х. Узбека). Величина потенциального плодородия
вскрышных горных пород за такими алгоритмами определяется способностью самих растений и микроорганизмов использовать предоставленную экологическую среду.
На рекультивированных литоземах многолетние бобовые травы
являются основой первичных консортивных связей в системе субстрат – микроорганизмы – ферменты – бобовые растения и интенсивного биогеохимического круговорота химических элементов и
энергии. Общая биологическая продуктивность люцерны посевной
и эспарцета песчаного (надземная масса + корни) на неудобренных
литоземах составляла 10,4–19,7 т/га/год, а за 4–7-летний фитомелиоративный период 37,0–46,8 т/га. Энергия, которая поступает в
эдафотоп только с корнями многолетних бобовых трав, составляет
10,4–44,8•106 ккал/га.
3. Обосновано глубину снятия плодородного слоя почвы при селективной разработке месторождений полезных ископаемых в зоне
Степи Украины. Горнорудным предприятиям рекомендуется производить снятие плодородной части профиля чернозема южного до
глубины 45–50 см, чернозема обыкновенного – 60–70 см, чернозема
оподзоленного – 50–60 см и чернозема типичного до глубины 80 см.
4. При рекультивации земель с созданием техноземов необходимо учитывать, что плодородный слой почвы значительно отличается
от зональных почв трофностью (N, P, K и другие питательные макрои микроэлементы), биологическими свойствами и окислительно-восстановительным потенциалом. Экологическая система земледелия
на техноземах требует специального агрохимического мониторинга.
5. В процессе изучения вскрышных горных пород (лабораторные
и вегетационные исследования) и их сельскохозяйственного освоения
открыты эколого-биологические эффекты, методы индикации техноэкосистем: эффект мега-, эври-, олиго- и мезотрофов; азотфиксирующий
эффект; эффект инокуляции; эндодинамический эффект формирования
пула микроорганизмов на вскрышных породах; эффект парования на
литоземах; фитомелиоративный эффект возделывания люцерны и эспарцета на литоземах; транслокационный эффект люцерны посевной и
эспарцета песчаного; эффект гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов, доказана возможность использования особенностей развития корневых систем люцерны и эспарцета, микроорганизмов,
активность ферментов как диагностические признаки эколого-биологической оценки различных эдафотопов.
73
6. Впервые разработана математическая модель расчёта экологобиологических характеристик корневых систем многолетних бобовых трав (поверхность корней, см2; длина корней, см; насыщенность
корнями эдафотопов, %), установлены экологические особенности
строения и распределения фракций корневой системы (> 5 мм, 5–1,
1–0,5, 0,5 мм) люцерны посевной и эспарцета песчаного в литоземах.
Клубеньковые бактерии Rhizobium meliloti, Rhizobium simplex имеют
высокую экологическую пластичность, образовывают огромное количество клубеньков 24–131 шт. на одно растение и эффективно поглощают азот атмосферы.
7. На рекультивированных литоземах люцерна посевная и эспарцет песчаный полностью удовлетворяют собственную потребность в
азоте за счёт его биологической фиксации. Потенциальные размеры
азотфиксации многолетних бобовых трав в фитомелиоративный период на литоземах достигают 3100–4300 кг/га, а обогащение метровой толщи эдафотопа составляет на уровне 2400–3000 кг/га.
8. Определено качество сельскохозяйственной продукции (сено
многолетних бобовых трав, сено мятликово-бобовой травосмеси,
сено зерновых мятликовых культур, зерно озимой пшеницы и ярового ячменя, хлебопекарные свойства муки озимой пшеницы), выращиваемой на рекультивированных землях.
9. Установлено изменения агрохимических и агрофизических
свойств техногенных эдафотопов при их сельскохозяйственном освоении, изучен начальный процесс почвообразования при естественном зарастании отвалов и культурный почвогенез на литоземах.
Определены геохимические изменения в техноземах и литоземах,
сложенные с поверхности лессовидными суглинками, красно-бурой
и серо-зеленой глиной.
10. Изучены экономические аспекты рекультивации земель
(создано систему экономического регулирования, обеспечивающая
рациональное использование земельных ресурсов, проведена экономическая оценка земли как природного ресурса, разработана методика определения ущерба сельскохозяйственного производства
вследствие отчуждения земель, определены технико-экономические
показатели рекультивации земель). Установлено, что мероприятия
по окультуриванию рекультивированных земель (энергетические дотации – удобрения, севооборот, обработка эдафотопов, инокуляция,
мелиорация, применение пестицидов и др.) окупаются быстрее, чем
на старопахотных участках. Например, прибавки урожая зерновых
колосовых культур от применения NPK на литоземах становят 250–
350 % и более.
74
11. Расширено и углублено понятие агроэкосистема, введено в
экологию новое понятие – плодородие биогеоценотической системы,
которое характеризуется экотопическим объемом и его биотической
емкостью. Определена цикличность и сукцессионная динамика общей численности микроорганизмов и их отдельных физиологических групп на литоземах.
12. Определены агроэкологические основы устойчивого развития садовых агроценозов в рекультивированных ландшафтах степной
зоны Украины. Установлен достаточно высокий биологический потенциал плодовых растений, который, будучи приобретённым в процессе
филогенеза, проявился весьма полно на рекультивированных землях.
13. На основании многолетних исследований разработаны эколого-биологические классификации горных пород. В основу оценочных критериев положено минералогический и гранулометрический
состав, физические и физико-механические свойства, микробиологическое тестирование. Нами ранее все испытанные горные породы были разделены на 5 классов пригодности для конструирования
стратиграфии рекультивированного эдафотопа и использования литоземов как сельхозугодий.
Экологические режимы зональных чернозема обыкновенного
и чернозема южного, а также плодородный слой этих почв (смесь
H+Hp/k+Рhk; Hp(i)+Phik+P(h)k) по большинству своих параметров
отличаются друг от друга, и особенно разнопланово от вскрышных
пород.
Насыпной плодородный слой почвы формируется при селективных вскрышных работах (снятие, как правило, скреперами, складирование в бурты, нанесение на выровненную поверхность отвалов и
планировка при создании техноземов) и представляет собой антропогенную смесь верхних генетических горизонтов особых природных
образований – зональных черноземов.
Специфичность трофности плодородного слоя почвы и техноземов определяется прежде всего нарушенным строением почвенного
профиля и его генетических горизонтов, профильным распределением гумуса и его качеством (Сгк : Сфк) в техноземах, эффективным
плодородием смеси H+Hp+Phk горизонтов, почвенно-экологическими режимами (прежде всего карбонатность плодородного слоя почвы с поверхности).
Геологические отложения Никопольского марганцеворудного
бассейна на основании первой классификации, дополнений о невозВ этих исследованиях принимали участие сотрудники ИФПБ РАН В.В. Снакин,
А.А. Присяжная
75
можности сопоставлять зональные почвы или их плодородный слой
с вскрышными породами, разделены на 4 класса: пригодные, среднепригодные, малопригодные и непригодные.
14. Рассматривая основные вскрышные породы Никопольского
марганцеворудного бассейна и роль биоты в почвообразовании на литоземах (активность окислительно-восстановительных ферментов)
был установлен каталитический ряд субстратов: красно-бурая глина
→ серо-зеленая глина → лессовидный суглинок. Изучая “эмбриогенез почв” (Тюрюканов, 1990) на литоземах установлено:
- в рыхлых третичных и четвертичных горных породах, вынесенных на дневную поверхность с борта карьера, ферментативная активность отсутствует. Только через 15–20 лет после их пребывания
на дневной поверхности в паровом состоянии (без растений) активность гидролитических и окислительно-восстановительных ферментов в слое 0–40 см достигает уровня бедной и средней степени обогащения. С глубиной активность ферментов уменьшается до уровня
“свежих” отработанных горных пород;
- длительный (35-летний) экологически замещающий во времени фитомелиоративный севооборот, насыщенный многолетними
бобовыми травами, способствует интенсивному накоплению в породах ферментов, которые по активности располагаются следующим
образом: а) гидролити-ческие: фосфатаза → инвертаза → уреаза; б)
окислительно-восстановительные: дегидрогеназа → каталаза → нитратредуктаза → нитритредуктаза;
- гидролитические ферменты способствуют интенсивному
прохождению процессов накопления элементов плодородия в литоземах. Со временем в пахотном слое эдафотопов активность уреазы
в среднем возрастает с 0,3 до 4,8 мг NH3 на 10 г навески за сутки, а
активность фосфатазы – с 0,2 до 3,3 мг Р2О5 на 10 г навески за час, что
говорит о среднем и богатом уровне обеспеченности пахотного слоя
соединениями азота и фосфора. Это в 16–20 раз превышает показатели рыхлых горных пород с борта карьера;
- окислительно-восстановительные ферменты диагностируют интенсивность и направленность процессов трансформации органического
вещества в толще эдафотопов. Так, максимальная активность дегидрогеназы (7,5 мг ТФФ на 10 г навески за сутки) и каталазы (5,1 см3 О2 на 1 г
навески за минуту) наблюдается в слое 0–40 см под культурфитоценозами, где накопляется органический материал растительного и микробного
происхождения. При этом преимущественное развитие получают процессы, действие которых происходит при активном участии дегидрогеназы,
то есть процессы, что способствуют интенсификации почвообразования;
76
- ферменты исполняют средопреобразовательную роль в эдафотопах техногенных ландшафтов. Их активность является надежным
тестовым показателем биохимических процессов, направленность которых в слое 0–40 см такая же, как и в зональном черноземе южном.
Высокое соотношение активности инвертазы к активности каталазы свидетельствует о преобладании реакций гидролиза сложных
органических соединений. Процессы синтеза гумусовых веществ
идут менее интенсивно. С уменьшением содержания гумуса по профилю снижается и активность ферментов;
- составлена градация уровня биогенности слоя (0–40 см) исследуемых эдафотопов, согласно которой абиогенными являются
рыхлые горные породы, отобранные непосредственно с борта карьера. После 35-летнего пребывания на дневной поверхности горные породы становятся слабобиогенными, а под влиянием растительности
достигают уровня среднебиогенных и биогенных эдафотопов.
Эдафотопы со среднебиогенным и биогенным уровнем пригодны для внедрения культурфитоценозов, требовательных к почвенно-климатическим условиям. Слабобиогенные эдафотопы целесообразно использовать под искусственные лесные насаждения или в
качестве сенокосов (посев злаковых и бобовых трав).
15. Направленный фитомелиоративный средопреобразующий
эффект многолетних бобовых растений и микроорганизмов – важнейший результат фундаментальных достижений по биологической
рекультивации, подтверждение концепции В.И. Вернадского об организующей, геологической роли живого вещества, в явлениях миграции и распределения элементов в литоземах.
Средопреобразующий эффект люцерны и эспарцета определяется биологической массой многолетних бобовых трав в фитомелиоративный период, биогенностью (активность, количество микроорганизмов и ферментов, качественные показатели корней и скорость
их минерализации) литоземов, продуктивностью последующих зерновых мятликовых культур.
Совершенно очевидно, что количественные изменения агрохимических показателей вскрышных пород в процессе их сельскохозяйственного освоения с 1971 по 2009 гг., свидетельствуют об ускоренном процессе
почвообразования под воздействием направленных культурфитоценозов. Люцерна посевная и эспарцет песчаный вместе с азотфиксаторами
за год возделывания обогащают 0–20 см литоземов в среднем 350 кг/га
азота, 45 кг фосфора, 110 кг калия и 290 кг/га кальция.
Темпы ежегодной аккумуляции энергии в органических компонентах литоземов под воздействием культурного грунтогенеза очень
77
высокие и составляют 8,2–14,0 ГДж/га. Содержание гумуса за 38-летний период у серо-зелёных мергелистых глин увеличилось до 1,31 %
(0,18 % после создания литозема).
16. Исследования по рекультивации земель на стационарах университета (Никопольский марганцеворудный, Керченский и Криворожский железорудные бассейны, Вольногорском месторождении
полиметаллических руд и шахтах Западного Донбасса) позволили
определить основные модели восстановленных земель (патенты на
полезную модель № 53607, № 53610, № 56101, № 54407).
Модель первая – универсальная. Возделываются основные сельскохозяйственные культуры. Предусматривает нанесение плодородного
слоя почвы толщиной не менее 50 см на селективно отсыпанную пригодную горную породу. Плодородный слой почвы (смесь верхних гумусовых генетических горизонтов должен содержать не менее 2,0 % гумуса
для чернозема южного и не менее 2,5 % для чернозема обыкновенного).
Модель вторая – создание сенокосов и пастбищ. На выровненной поверхности техногенных карьерных ландшафтов должны быть
пригодные или смесь пригодных и среднепригодных вскрышных пород, на которых в период биологического этапа рекультивации осваиваются фитомелиоративные севообороты, насыщенные на 60–80 %
многолетними бобовыми травами.
Модель третья – мелиоративная (трехъярусная). Первый самый
нижний слой состоит из непригодных или фитотоксичных пород;
второй слой служит экраном и, как правило, представляет собой пригодные вскрышные породы толщиной 50–60 см; третий – плодородный слой почвы толщиной не менее 50 см.
Модель четвертая. Для создания плодовых насаждений на восстановленных землях целесообразно использовать траншейный
(1,0×0,7 м) или луночный способ (1,4×1,0×0,7 м) применения плодородного слоя почвы в общем массиве литоземов.
Пятая модель. Н.Т. Масюк (1998) предложил технологию создания высокоплодородных техноземов. На спланированную поверхность техногенных отвалов наносится водоупорный слой из незасоленных глин (40–50 см), затем завозится слой лессовидного суглинка
(25 см), вносятся органические удобрения или плодородный слой
почвы, и проводится вспашка, после завозится еще 25 см слой лессовидного суглинка, вносится органоминеральная смесь и вновь проводится вспашка. На таком эдафотопе в течение 3–4 лет возделываются
многолетние бобовые травы. Затем, после определившихся просадок,
осуществляется детальная планировка и наносится 50 см плодородного слоя почвы. Модель получила малое практическое распростра78
нение в силу значительных затрат на ее создание.
Шестая модель – санитарно-гигиеническая. Консервация промышленных отходов (хвостохранилища, шламоотстойники, золоотвалы, шахтные породы и др.) проводится с целью охраны прилегающих территорий от загрязнения. Профиль эдафотопа определяется
как технологическими возможностями предприятий, так и экологической целесообразностью (фильтрационные, водоупорные слои,
возможность вторичной переработки).
Модель седьмая – рекреационная. Предусматривает создание,
как правило, в местах конечной траншеи или внешних отвалов, объектов отдыха.
Восьмая модель – лесохозяйственно-заповедная. Создание на
нарушенных ландшафтах условий для механической посадки разнотипных лесонасаждений. На нарушенных землях Орджоникидзевского ГОКа (Богдановский и Александровские карьеры) созданы заповедники как вторичные устойчивые техноэкосистемы.
Литература
Масюк Н.Т. Рекультивация земель в Украине: фундаментальные и прикладные
достижения // Вісник аграрної науки. 1998. Спец. випуск, січень. С. 15–21.
Тюрюканов А. Н. О чем говорят и молчат почвы. М.: ВО “Агропромиздат”, 1990. 224 с.
Ферсман А.Е. Геохимия. Л. : ОНТИ-химтеорет, 1939. Т. 2. 354 с.
КВАЗИТРЕХМЕРНЫЕ (Q3d) СЕКЦИОННЫЕ МОДЕЛИ
ДИНАМИКИ БИОМАССЫ ДЕРЕВА И СООБЩЕСТВА
ДЕРЕВЬЕВ
В.В. Галицкий, к.т.н., в.н.с.
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
В работах (Галицкий, 1999, 2000; Galitskii, 2003) представлены
двумерные модели растения и сообщества растений и некоторые результаты их анализа и применения. Модели используют “принцип
минимального угла зрения” (Галицкий, Тюрюканов, 2001), согласно
которому модели (биологического, по крайней мере) объекта целесообразно строить путем постепенного движения от образа с минимальной детальностью к более детализированным. Эти модели показали свою адекватность при анализе “правила -3/2” (Галицкий, 1998)
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований,
грант №06-04-49366.
79
и эффекта не монотонности динамики конкуренции в однородных
сообществах деревьев (Галицкий, 2006; Galitskii, 2006). Однако при
качественно соответствующем сути дела поведении количественные
модельные результаты в некоторых случаях заметно отличаются от
реальных. Это может быть связано с несоответствием трехмерного
объекта и его двумерного представления. Ниже кратко описан подход к трехмерному моделированию динамики биомассы дерева и
конкуренции в сообществе деревьев, исходящий из принципа “минимального угла зрения”.
Секционная модель свободно растущего дерева. На примере
ели вводится в рассмотрение элемент архитектуры дерева секция
– стволовые мутовка с ветвями и междоузлие и, тем самым, выделяется секционная структура дерева (Галицкий, 2006, 2008; см. также
Barthèlèmy, Caraglio, 2007). Это дает возможность разложить известную динамику B(T) биомассы всего дерева в распределенную по
высоте дерева систему динамик bi(T) биомасс составляющих дерево
секций (T – возраст всего дерева). Динамика i-секции (акропетально
– i=0,1,2,…) начинается с появления на макушке дерева почки, дающей начало секционному осевому междоузлию, которое растет в высоту в течение сезона. В следующем сезоне ситуация повторяется для
(i+1)-секции.
Рассмотрим соотношение между биомассами реальной i-секции дерева и целого дерева, используя образ виртуального i-дерева.
В момент Ti инициирования каждой новой i-секции дерево начинает
реализовывать новую виртуальную динамику Bi(T-Ti) биомассы виртуального дерева – верхней части всего дерева, начинающейся с этой
i-секции (Bi(x)=0 при x=T-Ti ≤0). С нулевой секции начинает реализовываться виртуальная динамика биомассы виртуального 0-дерева,
которая совпадает с реальной: B0(T)=B(T). В момент Ti+1 появляется
следующее виртуальное (i+1)-дерево, вложенное в предыдущие виртуальные деревья. Биомасса реальной i-секции есть разность биомасс
виртуальных i- и (i+1)-деревьев
bi (T ) = Bi (T − Ti ) − Bi +1 (T − T − ∆T ) , (1)
где ∆T – временной шаг появления секций.
Предполагая функции Bi(x) монотонными и ограниченными (σ -функции) можно получить ряд интересных (и реальТермин биомасса здесь, как и в других работах автора, применяется для обозначения
физиологически активной части массы растения. Соответственно, фитомасса –
физиологически пассивная часть.
Термин предложен Д.О. Логофетом.
80
ных) свойств динамики биомассы секции. Модельный результат
И.А. Полетаева (1966) показывает, что рост дерева в высоту ограничен и может быть описан выражением
H (T ) = H m tanh(T / A2 ) . (2)
Согласно этому в двумерных моделях (Галицкий, 1999; Galitskii,
2003) биомасса свободно растущего дерева описывается как заданная
на всей положительной полуоси
B(T ) = Bm tanh µ (T / A1 ) , (3)
где tanh( x) – тангенс гиперболический, A1, Bm, A2, Hm – размерные параметры, µ – аллометрический показатель, в случае изометрии
равный 3. Рис. 1 представляет нормированные на максимальные значения зависимости H(T) и B(T) при A1=A2 и µ = 3 .
Для описания динамики биомассы Bi(T-Ti) виртуального i-дерева
выражение, подобное выражению (3), используется далее с заменой
параметра Bm на Bm,i. Из процедуры получения выражения (1) следует, что конкретный вид функции B(T) не существенен.
Акропетальное оголение ствола. Из выражения (1) и предположения об идентичности σ -образных динамик Bi(T-Ti) виртуальных
деревьев следует, что динамика биомассы секции имеет колоколообразную форму, т.е. качественно отличается динамики для дерева. Из
этого следует, что биомасса секций с возрастом акропетально оголяется, что действительно имеет место для многих видов деревьев.
Колоколообразная форма динамики суммарной массы хвои ветви
ели (и, следовательно, яруса из примерно пяти ветвей и соответствующей секции) была продемонстрирована с использованием метода
возрастных рядов по натурным данным в работе (Цельникер, 1994).
На рис. 2 (штриховые линии) представлена динамика биомассы, вы-
Рис. 1. Динамика высоты дерева
и его биомассы
Рис. 2. Динамика биомассы
секций
81
численная с использованием (1) и (4) для нескольких секций.
Невозможность σ -образной динамики фитомассы. Ограниченность или неограниченность динамики биомассы и фитомассы
дерева при T → ∞ не могут быть показаны непосредственно натурным наблюдением. Как известно, биомасса B(T) является источником фитомассы P(T) растения и, следовательно, в рамках детальности
используемой модели дерева всю накопленную на момент T растением фитомассу можно описать неким интегралом от B(T) в пределах
от 0 до T . Предполагая, что интенсивность производства биомассой
фитомассы не слишком быстро уменьшается с возрастом и учитывая
σ-образность функции B(T), можно заключить, что рост фитомассы
дерева неограничен. Биологические аргументы для такого
вывода см. в работах (Серебрякова и др., 2006, с. 9; Тимирязев,
1914, с. 55 ).
Предельная форма свободно растущего дерева. При
идентичности динамик Bi(x)
виртуальных деревьев, означающей отсутствие зависимости
виртуальной биомассы деревьев от высоты (от номера секции
– меры высоты положения секции), предельная форма есть небольшое число (одна в пределе)
Рис.3 Образование
живых секций (которые имеют
“зонтикообразной” формы
существенную биомассу) на
дерева
вершине дерева, занимающего
область свободного роста – круг, то есть нечто подобное зонтику. На
рис. 3 представлена динамика распределений биомассы секций по
высоте свободно растущего дерева для нескольких возрастов T. Некоторые формы деревьев, например, в саванне указывают, что этот эффект можно встретить в реальности (см. также Barthèlèmy, Caraglio,
2007, fig.22, p. 391; Серебрякова и др., 2006, рис.177, 187, с.287, 300).
Распределение биомассы по секциям. Наблюдения форм деревьев многих лиственных (и не только) видов деревьев зрелого возраста показывают, что акропетальное оголение ствола значительно
замедляется, если не заканчивается на некоторой высоте (в отличие
от идеального случая, см. рис. 3). Это значит, что динамика биомассы секций с большим номером i (большей высотой возникновения),
82
возможно сохраняя “колоколообразную” форму, не обязательно стремится к нулю с увеличением возраста секции (см. рис. 2, сплошные).
Для этого достаточно, чтобы величина Bm,i в выражении (4) зависела
бы некоторым образом от высоты Hi появления соответствующего
виртуального i-дерева:
Bi (T , H i ) = Bm ,i ( H i ) tanh µ (T / A1 ) . (4)
При этом следует заметить, что зависимость биомассы Bi(T,Hi)
виртуального i-дерева от высоты Hi не отражается в заданной зависимости биомассы B(T) всего реального дерева. Очевидно, что из (1)
и (4) следует Bi(T,Hi)>Bi+1(T,Hi+1). Это соотношение следует также из
физических соображений (Полетаев, 1966). Можно предположить,
что тип зависимости
Bm ( H i ) = Bm f 0 ( x), x = H i / H m , (5)
который определяет форму распределения биомассы по секциям, может
быть специфичным для биоморф деревьев. Функции f0(x) должны быть
невозрастающими и уменьшаться от 1 в точке x=0 до 0 в x=1.
Другим источником разнообразия распределений биомассы дерева
по секциям (по высоте) в рамках данной модели является соотношение
масштабов времени A1 и A2 динамики биомассы и высоты в (1) и (2). На
рис. 4 представлены два примера распределения биомассы дерева по выr
соте ( f 0 ( x) = (1 − x) ), иллюстрирующие сказанное (более подробно см. Галицкий, 2010).
Рис.4. Динамика распределения биомассы дерева по высоте (по
секциям)
83
Рис.5. Полигон и динамика
годографов биомассы 0-секции
Рис.6. Динамика биомассы дерева
для полигона разной площади
Секционная модель дерева, растущего не свободно. Как и в
двумерном случае (Галицкий, 1999, 2000; Galitskii, 2003), площадь
территории, доступной дереву в сообществе, принимаем как меру
доступных дереву ресурсов. Свяжем азимутальную структуру биомассы дерева и секций с формой и размером территории, на которой
дерево растет. Свободно растущее дерево, очевидно, имеет годограф
азимутального распределения биомассы в форме круга, увеличивающегося с возрастом радиуса. Вполне естественно предположить, что
если по какому-то азимуту форма территории не обеспечивает выполнение условий свободного роста, то для этого азимута рост биомассы будет замедляться и, вообще говоря, соответствующая часть
биомассы начнет отмирать. Натурные наблюдения над соседними
деревьями показывают, что нижние соприкасающиеся части крон
между ними растут гораздо слабее, чем в противоположных направлениях, а рост верхних, вообще говоря, не зависит от азимута. Такое
различие ситуаций с нижними и верхними частями кроны определяет необходимость использования трехмерных моделей конкуренции
в сообществе.
Секция и секторы. Дерево в сообществе и составляющие его
секции используют ресурсы и растут на части территории сообщества – полигоне Вороного (рис. 5, штриховая линия). Разобьем круг
свободного роста (угол 2π ) и, соответственно, полигон на ns одинаковых секторов и к каждому j-му сектору i-той секции применим с соответствующими изменениями уравнение, использованное при двумерном моделировании динамики биомассы дерева (Galitskii, 2003):
dbi , j / dT = κ (T − Ti )(bi , j / τ ( B, T ) + f1 (bi , j / bF ,i , j )dbF ,i , j / dT ) − bi , j / τ ( B, T ) (6)
84
κ (T − Ti ) = min(1, ai , j (T − Ti ) / aF ,i , j (T − Ti )) , (7)
τ −1 ( B, T ) = (α B k −1 + τ −1 ) / (1 + cG (1 − κ (T − Ti ))) , (8)
f1 (bi , j / bF ,i , j ) = (bi , j / bF ,i , j )γ / (1 + cG (1 − κ (T − Ti ))) , (9)
где ai,j(T–Ti) и aF,i(T) площадь пересечения j-сектора полигона
с кругом свободного роста и площадь, необходимая для свободного
роста в возрасте T дерева соответственно, bi,j(T–Ti) и bF,i(T–Ti) биомасса
данного сектора и свободно растущего сектора, удельные затраты на
основной обмен биомассы B дерева (0<k<1), удельная интенсивность
производства фитомассы биомассой, cG коэффициент дыхания роста
(Makela, Hari, 1986), функция f1(x) существенна при возобновлении
роста растения ( 0 < γ < 1 ). На рис. 5 представлена динамика годографов биомассы 0-секции дерева, растущего на полигоне.
На рис.6 приведены модельные динамики биомассы дерева, растущего на полигоне, изображенном на рис.5, при различных значениях масштабного коэффициента ks (разных значениях площади полигона). В отличие от двумерной модели, секционная модель дерева
показывает, что дерево, растущее на полигоне любой площади (рост
“в цилиндре”) не отмирает и его биомасса выходит на стационарное
значение, определяемое имеющейся площадью роста. Механика этого
достаточно очевидна: секции нижней части кроны, последовательно
достигающие предела площади полигона, со временем отмирают, но
зато появляются свободно растущие секции в верхней части кроны.
Этот существенный вывод указывает на то, что деревья в сообществе отмирают (сообщество изреживается) не непосредственно из-за
недостатка площади (ресурсов), а из-за того, что недостаточность
ресурсов приводит к уменьшению скорости роста дерева в высоту.
Более подробно результаты данного раздела рассматриваются в (Галицкий, 2005).
Синхронная модель динамики сообщества деревьев. Алгоритм квазитрехмерной синхронной модели сообщества деревьев, как и
в случае двумерной модели состоит в следующем. На территории сообщества исходно по некоторой схеме размещаются модели деревьев.
Каждому дереву путем построения мозаики Вороного ставится в соответствие часть территории (и соответствующие ресурсы). Каждое
85
Рис.7. Динамика мозаики Вороного и системы годографов биомасс
деревьев в ходе изреживания сообщества
дерево развивается в соответствии с площадью территории, которой
оно обладает, и явным образом не взаимодействует с соседями. Если
в некоторый момент этой территории (ресурсов) стало недостаточно,
то дерево начинает отмирать и при выполнении соответствующего
условия оно считается отмершим. После отмирания дерева занимавшаяся им территория подлежит разделу по некоторым правилам
между его соседями, что и является, собственно, явным взаимодействием деревьев в модельном сообществе. Соседи отмершего дерева,
получив прибавку территории, могут, если они тоже находились на
стадии отмирания, изменить свои намерения и продолжить рост.
Очевидно, что в действительности члены сообщества взаимодействуют при использовании ресурсов не только в трагические моменты, но и в промежутках между ними. Поскольку, разделив между
деревьями территорию сообщества, мы уже используем двумерные
оценки ресурсов, приходящихся на дерево в сообществе, и соответствующий механизм взаимодействия функционирует во времени точечно и радикально, то для непрерывного во времени взаимодействия деревьев остается лишь взаимодействие в третьем измерении,
т.е. в ходе роста в высоту (подробнее см. Галицкий, 2006).
На рис. 7 представлены для двух моментов времени мозаики Вороного и годографы биомасс деревьев однородного сообщества (Галицкий,
2006; Galitskii, 2006). В качестве критерия отмирания дерева использовалось соотношение Bi ≤ ε M Bn ,i , где Bi – биомасса i-того дерева, Bn,i – ве86
личина средней биомассы деревьев, соседних по полигону Вороного к
фокальному i-тому дереву, параметр ε M < 1 . Подобные эмпирические
соотношения разной степени громоздкости между характеристиками
фокального дерева и его соседей используются в качестве индексов конкуренции во многих работах по эмпирическому анализу влияния окружения дерева на его рост (Weigelt, Jolliffe, 2003).
Заключение. Таким образом, трехмерные модели конкуренции
должны отличаться от двумерных именно учетом различий в росте
деревьев в высоту, связанных с различием в обеспечении их территорией (ресурсом). Очевидно, что различие в скорости роста соседних
деревьев должно приводить со временем к пространственной «десинхронизации» одновозрастных секций соседних деревьев и, соответственно, к необходимости поиска способов учета этого процесса в модели динамики биомассы дерева.
Литература
Галицкий В.В. Модельный анализ правила -3/2 для сообщества растений // ДАН.
1998. Т.362. С. 840–843.
Галицкий В.В. Моделирование сообщества растений: индивидуально-ориентированный подход. I. Модель растения // Изв. АН. Сер. биол. 1999. № 5. С. 539–546.
Галицкий В.В. Моделирование сообщества растений: индивидуально-ориентированный подход. II. Модель сообщества // Изв. АН. Сер. биол. 2000. № 2. С. 178–185.
Галицкий В.В. Квазитрехмерная модель динамики биомассы дерева // Исследовано в России. 2005. № 242. С. 2480–2490. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/242.
pdf
Галицкий В.В. Синхронная квазитрехмерная секционная модель динамики биомассы сообщества деревьев // Исследовано в России. 2006. № 158. С. 1464–1471.
http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2006/158.pdf
Галицкий В.В. О динамике интегральной меры конкуренции в сообществах растений различной степени однородности // Изв. АН. Сер. биол. 2006. №2. С. 156–164.
Галицкий В.В. О динамике распределения по высоте биомассы свободно растущего дерева. Модельный анализ // ДАН. 2006. 407(4). С. 564–566.
Галицкий В.В. Секционная структура дерева. Модельный анализ вертикального
распределения биомассы // Исследовано в России. 2008. № 128. С. 1309–1320. http://
zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2007/128.pdf
Галицкий В.В. Секционная структура дерева. Модельный анализ вертикального
распределения биомассы. Журнал Общей Биологии. 2010. №1. С. 19–29.
Галицкий В.В., Тюрюканов А.Н. О методологических предпосылках моделирования в биогеоценологии. // А.Н. Тюрюканов. Избранные труды. Изд-во РЭФИА. 2001.
С. 94–108.
87
Полетаев И.А. О математических моделях биогеоценотических процессов.//
Проблемы кибернетики. № 16. М.: Наука, 1966. С. 175–177.
Серебрякова Т.И., Воронин Н.С., Еленевский А.Г. и др. Ботаника с основами фитоценологии: Анатомия и морфология растений. М.: Академкнига, 2006. 543 с.
Тимирязев К.А. Жизнь растения. 8-е издание. М.: М. и С. Сабашниковы, 1914.
360 с.
Цельникер Ю.Л. Структура кроны ели // Лесоведение. 1994. №4. С. 35–44.
Barthèlèmy D, Caraglio Y. Plant Architecture: A Dynamic, Multilevel and
Comprehensive Approach to Plant Form, Structure and Ontogeny // Ann.Bot. 2007. V. 99.
Рр. 375–407.
Galitskii V.V. The 2D modeling of tree community: from “microscopic” description to
macroscopic behavior // For. Ecol. & Manag. 2003. V.183. (1–3). Рр. 95–111.
Galitskii V.V. Dynamics of competition in uniform communities of trees // Community
Ecology. 2006. V. 7. Рр. 69–80.
Makela, A., Hari, P. Stand growth model based on carbon uptake and allocation in
individual trees // Ecol. Model. 1986. V.33. Рр. 315–331.
Weigelt A., Jolliffe P. Indices of plant competition // J. Ecol. 2003. V.91. Рр. 707–720.
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВА СЕРЫХ
ЛЕСНЫХ И ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СМЫТЫХ И
НАМЫТЫХ ПОЧВ
В.В. Демидов, д.б.н., профессор
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино
Факультет почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова
Водная эрозия является сложным процессом, протекающим в
результате взаимодействия различных природных и антропогенных
факторов. В то же время эрозионные процессы на склоновых землях
занимают одно из основных мест среди факторов нарушения почвенного покрова под влиянием хозяйственной деятельности человека.
Интенсивное использование земли в условиях разнообразных
ландшафтов приводит к нарушению почвенного плодородия, изменению растительного покрова, сокращению мест обитания животных
и другим негативным последствиям. В настоящее время хорошо известно, что почвенный покров является не только одним из основных средств сельскохозяйственного производства, но и неотъемлемым компонентом наземных биогеоценозов, мощным регулятором
свойств и состава атмосферы и гидросферы, а также барьером на пути
миграции загрязняющих веществ (Добровольский, Никитин, 1990).
88
В районах с выраженным рельефом эрозионные процессы приводят не только к масштабным нарушениям почвенного покрова, но
и к экологическим изменениям всех звеньев природного комплекса
(рек, водохранилищ, озер, мест рекреации и т.д.). В наибольшей степени подвержены эрозии земли, находящиеся в интенсивном сельскохозяйственном использовании.
Функционирование ландшафтов зависит от антропогенного вмешательства, сопровождающегося нарушением природного равновесия, деградацией почвенного и изменением растительного покровов,
и как следствие разрушением ландшафтных комплексов. Существенную роль в этих процессах играет эрозия почв. Решение вопросов защиты почвенного покрова от эрозии является частью общей экологической проблемы, требующей неотложного решения.
Формирование (изменение) почвенного покрова на склонах зависит от интенсивности протекания эрозионных процессов. От интенсивности протекания эрозионных процессов и особенностей рельефа местности будет зависеть формирование смытых и намытых почв. Механизм
протекания этих процессов практически не исследован. Поэтому особую
актуальность приобретают исследования, направленные на разработку
мероприятий, направленных на предупреждение неблагоприятных природных и антропогенных воздействий на почвы ландшафтных комплексов. Стратегия и тактика рациональной деятельности предполагает знание природы и механизма протекания почвообразовательного процесса
на эродированных и эрозионно-опасных склоновых землях и разработку
мер, обеспечивающих управление этими процессами.
Цель настоящей работы – выявить закономерности формирования и изменение свойства серых лесных и дерново-подзолистых смытых и намытых почв на склонах разной крутизны и длины.
Объекты и методы исследования. Исследования по изучению
свойств и особенностей распространения почв по элементам эрозионноопасного рельефа проводились на территориях Опытного хозяйства Владимирского НИИСХ РАСХН (г. Суздаль) и УОПЭЦ “Чашниково” МГУ
им. М.В. Ломоносов (Солнечногорский район Московской области).
Территория Владимирского НИИСХ расположена в юго-восточной
части Владимирского Ополья. Владимирское Ополье представляет собой
средневысотную морено-эрозионную волнисто-увалистую возвышенную равнину на размытом верхнеюрском и меловом основании, сильно
расчлененную густой, овражно-балочной сетью (Волощук, 2001). Почвенный покров Ополья представлен серыми лесными почвами, которые
являются своеобразным островом в зоне дерново-подзолистых почв.
Территория УОПЭЦ “Чашниково” Солнечногорского района
89
Московской области располагается в зоне южной тайги, в центре Русской равнины, на южных отрогах Клинско-Дмитровской гряды. Поверхность территории пологоволнистая, форма склонов в основном
выпуклая и выпукло-вогнутая с длинами от 200 до 700 м. Крутизна
склонов изменяется от 1 до 5 градусов. Почвенный покров представлен дерново-сильно-, средне- и слабоподзолистыми почвами, которые сформировались на моренных, водно-ледниковых и аллювиальных отложениях различного гранулометрического состава.
В исследованиях использовался профильный метод. На обоих
объектах были заложены четыре (по два на каждом) почвенно-эрозионных профиля с последующим их нивелированием.
На территория Владимирского НИИСХ: первый профиль от водораздела до 1-ой террасы р. Каменка (экспозиция склона – первые
500 м западная, 500–1000 м – юго-западная, далее западная; длина
профиля 1800 м; форма профиля – слабовыпуклая, в нижней части
(200 м), при переходе 2-й террасы р. Каменки в 1-ю – вогнутая); второй профиль на склоне северо-западной экспозиции (длина профиля
2150 м, форма склона выпукло-вогнутая).
На территории УОПЭЦ “Чашниково”: первый профиль на склоне северо-восточной экспозиции (форма профиля – выпуклая, длина
370 м); второй профиль длиной 525 м (слабовыпуклой формы, экспозиция северная).
Определение степени смытости, намытости почв и выделение их
границ определялось путем заложения и описания почвенных разрезов и
прикопок в различных элементах рельефа (Классификация…, 1977). Для
определения физико-химических свойств отбирались образцы почвы
через каждый 10 см почвенного разреза до глубины 50 см. Отобранные
образцы почвы необходимы были для проведения сухого и мокрого просеивания, определения плотности сложения почвы и содержания гумуса.
Повторность трёхкратная. Определение средневзвешенного диаметра
как сухих, так и водопрочных агрегатов проводились по общепринятым
методикам (Вадюнина, Корчагина, 1973). Содержание гумуса в образцах
почвы определялось методом мокрого озоления по Никитину с колориметрическим окончанием по Орлову-Гриндель (Орлов и др., 1969).
Результаты и обсуждение. Способность почвы противостоять
смыву и размыву в большой степени зависит от их физико-химических,
водно-физических свойств и от механического состава. Из физико-химических свойств важнейшими являются содержание гумуса и состав почвенного поглощающего комплекса. Как известно, органические вещества
и тонкие коллоидные фракции почвы в присутствии катионов Ca+2 и Mg+2
способствуют образованию водопрочных агрегатов, что обуславливает
90
более рыхлое сложение почвы, уменьшение плотности её сложения и
увеличение водопроницаемости и создает более благоприятный водный
режим. Поверхностный слой почвы с водопрочной структурой лучше
противостоит действию потоков воды и менее склонен к заплыванию по
сравнению с бесструктурной почвой (Сурмач, 1976). Механический состав почвы в значительной степени определяет её податливость эрозии:
более тяжелые почвы лучше противостоят смыву и размыву, чем легкие.
С увеличением смытости почв в верхних слоях уменьшается количество гумуса, часто снижается содержание илистой фракции и происходит
увеличение карбонатов. Это приводит к снижению противоэрозионной
устойчивости почв (Заславский, 1983).
Противоэрозионная устойчивость почв обычно оценивается по
содержанию в них водопрочных структурных агрегатов. Поэтому все
факторы, влияющие на содержание водопрочных структурных агрегатов, являются и факторами, определяющими противоэрозионную
устойчивость почв.
Анализ полученных результатов определения агрегатного состава исследуемых почв (сухое просеивание) показал, что в серой лесной почве наблюдается уменьшение среднего диаметра почвенных
агрегатов в слоях почвы 0–20 и 20–30 см в зависимости от степени
смытости и намытости почвы по сравнению с несмытой.
Результаты определения средневзвешенного диаметра водопрочных агрегатов показали, что в слое почвы 0–20 см происходит постепенное уменьшение диаметра агрегатов от 2,03 мм в несмытой до
1,17–1,21 мм в среднесмытой и увеличение агрегатов в намытой почве до 1,81–2,06 мм.
Это связано, по-видимому, с тем, что в результате эрозионных процессов происходит изменение агрегатного состава верхних слоев почвы.
Результаты определения средневзвешенного диаметра водопрочных агрегатов в слое почвы 20–30 см показали, что наблюдается
обратная картина. Происходит некоторое увеличение водопрочных
агрегатов слабо- и среднесмытой почвы (0,83–1,1 мм) и намытой
(0,8–0,96 мм) по сравнению с несмытой (0,81 мм).
Анализ полученных результатов определения агрегатного состава (сухое просеивание) пахотного горизонта дерново-подзолистой
почвы показал, что наблюдается возрастание диаметра агрегатов от
несмытой (7,23 мм к среднесмытой (8,02 мм) с последующим уменьшением диаметра в слабосмытой-слабонамытой (7,01 мм) и средненамытой (6,54 мм) почве.
В то же время средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов изменялся от 0,71 мм у несмытой почвы, 0,89 мм – слабосмытой,
91
0,91 мм – среднесмытой, до 0,7 мм – у слабосмытой-слабонамытой и
резко увеличивался в средненамытой (3,31 мм).
Известно, что с увеличением смытости возрастает плотность
сложения почвы. Повышение плотности сложения эродированных
почв связано, с одной стороны, с более плотным сложением приблизившихся к поверхности нижележащих горизонтов, а с другой,
– с относительным увеличением содержания в почве минеральной и
уменьшением органической частей (Заславский, 1983).
Анализ результатов определения плотности сложения в слое
0–20 см серой лесной почвы в зависимости от степени смытости и
намытости, показал, что наблюдается некоторое её снижения в слабосмытой (1,11–1,18 г/см3) и последующее увеличение в среднесмытой
(1,15–1,3 г/см3) и средненамытой (1,29-1,31 г/см3) по сравнению с
несмытой (1,24 г/см3).
В нижележащем слое (20-30 см) показатели плотности сложения
оставались практически одинаковыми (1,32–1,46 г/см3) с незначительным уменьшением её в средненамытой почве (1,24–1,36 г/см3).
В изменении плотности сложения дерново-подзолистой почвы в
зависимости от степени смытости и намытости нами не обнаружено
какой-либо закономерности.
Во всех звеньях потоков, текущих по поверхности суши, прослеживается тесная связь между эрозией и аккумуляцией. Оба эти процесса настолько тесно переплетены, что лишь на отдельных участках
относительно малого протяжения можно установить “чистую” эрозию или “чистую” аккумуляцию (Белоцерковский и др., 1984).
Многие исследователи считают, что о степени смытости можно
судить по содержанию гумуса в верхнем слое почвы. Для черноземов,
серых лесных и других почв со значительной мощностью гумусового
горизонта предлагается определять степень смытости почв по изменению запаса гумуса (по сравнению с несмытой почвой) в слое 0–50 см,
а для дерново-подзолистых и других почв с небольшой мощностью гумусового горизонта – по слою 0–25 см (Белоцерковский и др., 1984).
Проведенные нами анализы содержания гумуса в верхних слоях
серой лесной и дерново-подзолистой почв разной степени смытости и
намытости показали, что в верхнем 0–20 см слое наблюдается уменьшение его содержания с 3,98 % в несмытой до 1,92–2,07 % в среднесмытой и возрастание содержания до 3,06–4,68 % в средненамытой.
Это связано с перемещением верхнего более гумусированного
слоя почвы в результате эрозионных процессов и отложении его в аккумулятивном элементе ландшафта.
Аналогичная закономерность наблюдается и в слое 20–30 см се92
рой лесной почвы. Следует отметить, что величины содержания гумуса в этом слое несколько ниже и колеблется от 0,79 в среднесмытой
до 3,7 % в средненамытой.
Изменение содержания гумуса в пахотном горизонте дерновоподзолистой почвы также зависят от степени её эродированности и
степени намытости.
Исследование влияния длины и крутизны склона на степень
смытости почв показывают, что последняя зависит от указанных
показателей. Так, по данным почвенно-эрозионных исследований
Нечерноземной зоны РСФСР фактор длины и экспозиции склонов
нередко более весомо влияет на распределение смытых почв, чем
крутизна склонов. По материалам В.К. Орловой (1978), на склонах
крутизной 2–5° на расстоянии 200–300 м от водораздела находились
среднесмытые почвы, а на склонах крутизной 5–10°, но при отдалении от водораздела на 50–100 м почвы были смыты в слабой степени. В другом участке на склонах крутизной 5–10° при отдалении от
водораздела на 300–400 м почвы были сильносмытые, а на склоне
крутизной более 10°, но при отдалении от водораздела на 50–100 м
– слабосмытые (Орлова, 1978).
Важной проблемой почвенно-эрозионного картографирования
является возможность более полного использования в этих целях топографических карт, в частности, полученных на её основе показателей
крутизны, длины и экспозиции склона. Но, очевидно, даже крупномасштабное картографирование не может заменить полевое обследование, хотя существенно облегчает его (Кузнецов, Глазунов, 2004). Связь
степени смытости дерново-подзолистой почвы с длиной, крутизной
и экспозицией склона детально исследована В.П. Лидовым (1981).
И.Д. Брауде (1976) выявлена закономерность влияния крутизны склона на эродированность почв Нечерноземной зоны (включая серые лесные), но при постоянной длине склона 600–800 м вне зависимости от
его экспозиции. Г.П. Сурмач (1992) показал наличие корреляционной
связи между степенью смытости серых лесных почв Орловской области и уклоном склонов продольно-выпуклой формы, однако, не конкретизировал важный показатель – значение длины склона.
Таким образом, профильный метод исследования позволяет установить возможность формирования на склоновых землях почв той
или иной степени смытости и намытости.
Решение вопроса формирования смытых и намытых серых лесных и дерново-подзолистых почв мы основывали на анализе материала, полученного при описании разрезов, заложенных по 4 почвенноэрозионным профилям.
93
Следует отметить, что при рассмотрении процессов водной эрозии почв правильнее говорить о влиянии не длины склона, а длины
линий стока (Иванов и др., 2003). Это связано с тем, что даже на
длинных склонах, пересеченных ложбинами, отводящими стока в
стороны, интенсивность эрозии почв невелика, поэтому почвы разной степени смытости могут и не появляться.
Обработка полученных результатов с использованием параметра
рельефа (Иванов и др., 2003) позволило получить значения параметра К, характеризующие появления тех или иных почв разной степени
смытости и намытости (табл. 1).
Полученные закономерности удовлетворительно описываются
полиноминальными уравнениями 2-ой степени с достаточно высокими коэффициентами достоверности аппроксимации (табл. 2).
Таким образом, проведенные нами исследования подтверждают
влияние длины и крутизны склонов серых лесных и дерново-подзолистых почв на степень их смытости и намытости.
Выводы. В исследуемых почвах наблюдается уменьшение среднего диаметра почвенных агрегатов в слоях почвы 0–20 и 20–30 см в
зависимости от степени их смытости и намытости.
Средневзвешенный диаметр водопрочных агрегатов серой лесной почвы в зависимости от степени смытости уменьшается, а в дерново-подзолистой почве изменение средневзвешенного диаметра
водопрочных агрегатов не наблюдается. Средневзвешенный диаметр
водопрочных агрегатов возрастает как в серой лесной, так и в дерново-подзолистой намытых почвах.
В серой лесной почве происходит постепенное уменьшение плотности сложения в слабосмытой и увеличение её в среднесмытой и намытой. Изменение плотности сложения дерново-подзолистой почвы
нами не обнаружено.
Таблица 1. Значение параметра рельефа (К) для серой лесной и дерновоподзолистой почв
Почва
Серая лесная
Дерново-подзолистая
Несмытая
0,19
0,07
Слабосмытая
0,18
0,13
Среднесмытая
0,34
0,36
Слабосмытая, слабонамытая
0,02
0,09
Слабонамытая
0,05
0,004
0,03
0,003
Средненамытая
Примечание: K =
94
L0,5tg
a1,3
, где L – длина линий стока, м; a – крутизна склона, град.
Таблица 2. Расчетные уравнения изменения степени смытости и намытости серой лесной и дерново-подзолистой почв в зависимости от длины и
крутизны участков склона
R2
Длина (L)
Крутизна (α)
R2
Серая лесная почва
Профиль I
L=83,84х2-780,30х+1759,50
α=-0,37x2+2,47х-1,06
0,86
0,78
Профиль II
L=-0,43х2+2,59х-1,16
0,56
α =-261,93x2-1965,67х+3440,0 0,87
Дерново-подзолистая почва
Профиль I
L=-8х2+33,2х-58,8
0,69
α =-0,76x2+4,13х-1,48
0,92
Профиль II
L=56,25х2-389,35х+688,25
Примечание:
R2
0,99
α =-0,15x2+0,61х+0,25
0,44
– коэффициент достоверности аппроксимации.
В результате исследований установлено, что как в серой лесной,
так и в дерново-подзолистой почвах происходит уменьшение содержания гумуса в зависимости от степени смытости. В намытых почвах
эти величины увеличиваются и становятся близкими к показателям
несмытых (или выше).
Оценено влияние длины и крутизны склонов на формирование
разной степени смытости и намытости серой лесной и дерново-подзолистой почв. Получены значения параметра рельефа (К), позволяющие по уравнению К=L0.5 tga1.3 рассчитывать вероятность формирования почв разной степени смытости.
Литература
Белоцерковский М.Ю., Белый Б.В., Беркович К.М. и др. Эрозионные процессы. М.:
Мысль, 1984. 255 с.
Брауде И.Д. Рациональное использование эродированных серых лесных почв
Нечерноземной зоны РСФСР. М.: Лесная промышленность, 1976. 72 с.
Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и
грунтов. М.: Высшая школа, 1973. 399 с.
Волощук А.Т. Принципиальные основы формирования адаптивно-ландшафтных
систем земледелия на примере Владимирского Ополья. Автореф. дисс... доктора с.-х
наук, М., 2001. 40 с.
Благодарности. В проведении исследований принимала участие студентка факультета
почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова П.С. Лесникова, которой автор выражает свою
признательность
95
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функция почв в биосфере и экосистемах. М.,
1990. 262 с.
Заславский М.Н. Эрозиоведение. М.: Высшая школа, 1983. 320 с.
Иванов А.Л., Кузнецов М.С., Кирюшин В.И. и др. Пространственное распределение
эродированных серых лесных почв Владимирского Ополья и их рациональное использование // Доклады РАСХН. 2003. № 4. С.19–23.
Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 224 с.
Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв: Учебник. М.: МГУ– КолосС,
2004. 352 с.
Лидов В.П. Процессы водной эрозии в зоне дерново-подзолистых почв. М.: МГУ,
1981. 167 с.
Орлов Д.С., Гришина Л.А. Ерошичева Н.Л. Практикум по биохимии гумуса. М.:
МГУ, 1969.158 с.
Орлова В.К. Развитие процессов эрозии на дерново-подзолистых почвах, сформированных на покровных суглинках (на примере Смоленской обл.). Автореф. дис. на
соиск. уч. степени канд. биол. наук. М., 1978. 25 с.
Сурмач Г.П. Водная эрозия и борьба с ней. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 255 с.
Сурмач Г.П. Рельефообразование, формирование лесостепи, современная эрозия
и противоэрозионные мероприятия. Волгоград, 1992. 175 с.
ПРОБЛЕМЫ ПАЛЕОПОЧВЕННОГО ИЗУЧЕНИЯ
АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАМЯТНИКОВ СТЕПНОЙ
ЗОНЫ КАК ПАМЯТНИКОВ ГОЛОЦЕНОВОЙ ИСТОРИИ
РАЗВИТИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
В.А. Демкин, д.б.н., профессор, М.В. Ельцов, к.б.н., с.н.с.,
А.Ю. Саламахин, магистрант, Т.С. Демкина, к.б.н., в.н.с.,
Т.Э. Хомутова, к.б.н., в.н.с., Н.Н. Каширская, к.б.н., с.н.с.,
Б.Н. Золотарев , д.с.-х.н., в.н.с, С.Н. Удальцов, к.б.н.
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, г.
Пущино
В последние годы остро встала проблема детальной разработки
методических и теоретических основ изучения палеопочв как индикаторов состояния и эволюции биосферы в различные геологические
и исторические эпохи. Не случайно все более широкое распространение приобретают исследования палеопочв, погребенных на месте
археологических памятников (поселения, курганы) каменного века,
эпох бронзы, раннего железа и средневековья. Эффективность таких
Исследования проводились при поддержке РФФИ (грант 09-0400233) и Программы
фундаментальных исследований Президиума РАН.
96
исследований в решении задач эволюции биосферы и ее отдельных компонентов в масштабе исторического времени оказывается чрезвычайно
высокой, что объясняется, прежде всего, спецификой объекта изучения.
Как известно, почвы являются едва ли не единственным природным
образованием, интегрально отражающим в виде определенных свойств
и признаков климатические, литологические, геоморфологические, геохимические, биологические, гидрологические и многие другие условия
их формирования и развития. Оказываясь в погребенном состоянии почвенный профиль многие тысячелетия сохраняет «палеоклиматическую
память». Количественные и качественные характеристики различных
почвенных параметров дают основания судить об особенностях природной среды в момент погребения палеопочвы и в предшествующее время. Сравнительный же анализ разновозрастных почвенных профилей,
погребенных в различное время (то есть исследование педохронорядов),
позволяет получить представление о вековой динамике климата, о закономерностях эволюции почв, установить кризисные и оптимальные этапы в истории развития природной среды на протяжении голоцена.
Исследованная нами территория южнорусских степей включает
Среднерусскую, Приволжскую, Ергенинскую возвышенности и Прикаспийскую низменность. Климат региона умеренно континентальный. С северо-запада на юго-восток количество атмосферных осадков
уменьшается с 400 до 280–300 мм/год, а среднегодовая температура
возрастает с 5,40 до 8,10С. В почвенно-географическом отношении регион входит в зоны сухих и пустынных степей с темно-каштановыми
и каштановыми, светло-каштановыми и бурыми полупустынными
почвами соответственно.
Объектами изучения послужили палеопочвы археологических
памятников (курганов) эпох энеолита (IV тыс. до н.э.), бронзы (конец IV–II тыс. до н.э.), раннего железа (VI в. до н.э.–IV в. н.э.) и средневековья (VIII–XIV вв. н.э.). Время их сооружения, а, следовательно, погребения палеопочв, определялось на основе существующей
хронологии и периодизации археологических культур степей юга
России. C использованием почвенно-археологического методического подхода исследовано около 350 памятников в составе нескольких
десятков могильников, включающих от 3–5 до нескольких десятков
курганов, относящихся, как правило, к различным культурно-хронологическим этапам развития древних и средневековых обществ. На
ключевых участках, расположенных в различных природных районах
сухо- и пустынно-степной почвенно-географических зон, изучено несколько десятков подкурганных педохронорядов длительностью от
400–600 до 4000–5000 лет.
97
Остановимся на методических вопросах полевого палеопочвенного исследования курганов. После вскрытия курганной насыпи
и верхней части профиля палеопочв траншеями (с использованием
бульдозера или скрепера) или по секторам (вручную) проводится
предварительное морфологическое изучение вертикального среза
бровок с целью выбора наиболее типичных и ненарушенных участков для дальнейшего исследования. Следует отметить, что в зависимости от диаметра курганов, который преимущественно колеблется
от 10–20 до 40–50 м, площадь погребенного почвенного покрова составляет от 100–200 до 2000 м2 и более. При такой площади погребенной почвы практически исключается ошибка в выборе объекта, а
в случае комплексного почвенного покрова существует возможность
выявить и изучить все его основные компоненты. Исследуемые затем конкретные профили включают насыпь, погребенную почву и
подстилающую грунтовую толщу до глубины не менее двух метров
от уровня древней поверхности. Параллельно в серии разрезов или
траншее проводится изучение окружающей курган современной фоновой почвы. В подкурганных и современных почвах определяются
мощность генетических горизонтов, их цвет и структура, глубина залегания солевых аккумулятивных горизонтов, формы и количество
различных новообразований, гранулометрический состав, глубина
вскипания от HCl; полевым каппаметром измеряется величина магнитной восприимчивости. Также проводится нивелировка древней и
прилегающей к кургану современной поверхности. Заключительная
операция полевого этапа почвенно-археологических исследований
– отбор образцов по генетическим и солевым горизонтам для лабораторных анализов (химические, микробиологические, биохимические,
микроморфологические, изотопные и др.). Количественное определение содержания и состава гумуса, легкорастворимых солей, гипса,
карбонатов, обменных катионов и др., особенности их распределения
по профилю дают возможность уточнить и дополнить данные морфолого-генетического анализа и определить типовую и подтиповую
принадлежность изучаемой подкурганной палеопочвы.
В последние годы одно из приоритетных мест в почвенно-археологических исследованиях занимает проблема изучения микробных
сообществ подкурганных палеопочв (Демкин и др., 2010). При этом
нами используется широкий круг современных методов почвенной
микробиологии, биохимии, молекулярной биологии. Определен комплекс различных параметров, характеризующих состояние микробных сообществ палеопочв в различные исторические эпохи.
Достоверность природных реконструкций при изучении подкур98
ганных педохронорядов в первую очередь определяется степенью сохранности исходных свойств палеопочв. Как известно, некоторые из
них претерпевают определенные изменения (диагенез), обусловленные прекращением поступления растительного опада и нисходящей
миграцией водорастворимых веществ из насыпи в верхние горизонты
погребенной почвы (Иванов, 1992). Степень сохранности во времени
как подкурганных палеопочв в целом, так и отдельных их свойств и
признаков зависит от нескольких факторов (Демкин, 1997). В частности, таковыми являются высота, литологический и химический
состав материала насыпи, ее конструктивные особенности; уровень
залегания грунтовых вод; геоморфологическое положение памятника; характер современного использования участка, на котором расположен курган. Максимальная консервация погребенных почв достигается в автоморфных целинных ландшафтах при уровне залегания
грунтовых вод глубже пяти метров, когда они перекрыты курганными насыпями мощностью 80–100 см и более.
Исследованиями многих авторов показано, что в палеопочвах,
погребенных под культурными слоями поселений, курганными насыпями, оборонительными валами и пр., до настоящего времени сохранились многие признаки и свойства, в той или иной степени характеризующие условия почвообразования в прошлые эпохи. На основе
сравнительного изучения морфологических, химических, магнитных,
микробиологических свойств разновозрастных подкурганных палеопочв эпох энеолита, бронзы, раннего железа и средневековья (IV тыс.
до н.э.–XIV в. н.э.) в степной зоне юга России нами выявлены основные диагностические показатели, отражающие состояние и вековую
динамику природных условий за историческое время (Демкин и др.,
2010). К их числу относятся: глубина залегания в почвенном профиле
аккумуляции карбонатов, гипса и легкорастворимых солей, их запасы в различных слоях; формы новообразований карбонатов; степень
выраженности признаков солонцеватости, цвет и структура солонцового горизонта и наличие/отсутствие в нем новообразований оксидов
марганца; окраска и мощность гумусового слоя; содержание и состав
гумуса; величина магнитной восприимчивости. Кроме того, нами установлены микробиологические параметры, дающие контрастную характеристику биологической активности степных палеопочв в аридные и
гумидные климатические периоды (Демкина и др., 2010). Таковыми, в
частности, являются: активная биомасса микроорганизмов; ее доля от
суммарной микробной биомассы и Сорг почвы; эколого-трофическая
структура микробного сообщества, характеризующаяся соотношением микроорганизмов, растущих на почвенном агаре и использующих
99
элементы питания из рассеянного состояния, на нитритном агаре и
потребляющие гумус, на богатой органической среде и разлагающие
растительные остатки; соотношение численности микроорганизмов,
использующих легкодоступное органическое вещество – растительные остатки и труднодоступное – гумус; индекс олиготрофности. Изменение палеоэкологических условий в прошлые эпохи вызывало и
определенную перестройку биоразнообразия почвенных микробных
сообществ. В итоге сравнительный анализ количественных и качественных показателей морфолого-химических, магнитных и микробиологических свойств разновозрастных подкурганных палеопочв
дает возможность установить хроногеографические закономерности
голоценового степного почвообразования, реконструировать направленность и масштабы вековой изменчивости увлажненности климата,
оценить влияние гумидных и аридных климатических эпох на состояние почвенного покрова в древности и средневековье.
Исследования подкурганных педохронорядов свидетельствуют,
что эволюция почв дренированных ландшафтов Волго-Донских степей с
эпохи энеолита (конец V тыс. до н.э.) до развитого средневековья (XIV в.
н.э.) была однонаправленной и метахронной. В масштабе исторического
времени климат являлся ведущим фактором почвообразования. Его вековая динамика находила отражение в морфолого-химических, магнитных
и микробиологических свойствах палеопочв, в состоянии ландшафтов и
почвенного покрова, в особенностях их пространственно-временной организации и функционирования в течение той или иной археологической эпохи. Результаты почвенно-археологических исследований дают
основания считать, что разновозрастные подкурганные палеопочвы являются надежными индикаторами вековой изменчивости природных
условий. Использование комплекса различных почвенных характеристик (морфолого-стратиграфические, химические, микробиологические,
молекулярно-генетические, магнитные) заметно повышает детальность
и достоверность природно-климатических реконструкций. Именно такой подход использован нами для реконструкции динамики атмосферной увлажненности в Волго-Донских степях за последние 60 веков. Его
суть состоит в том, что с учетом таксономической принадлежности палеопочв, степени их засоленности, гумусированности, солонцеватости,
особенностей состояния микробных сообществ и др. возможна оценка
нормы атмосферных осадков в прошлые исторические эпохи по сравнению с современной. При реконструкции увлажненности климата принимался в расчет и тот факт, что в настоящее время разница в среднегодовом количестве осадков в сухих степях Волго-Донского междуречья и в
пустынно-степной зоне Заволжья составляет 50–70 мм (таблица).
100
Реконструкция увлажненности климата Волго-Донских степей в эпохи
энеолита, бронзы, раннего железа и средневековья
(IV тыс. до н.э.–XIV в. н.э.)
Археологические
культуры
Время
ВолгоДонское
междуречье,
cухостепная
зона
Заволжье,
пустынностепная
зона
Осадки, мм/год
Энеолит
Новоданиловская
Конец V–1-я четв.
IV тыс. до н.э.
>400
>350
XXXI–XXVIII вв.
до н.э.
350–370
280–300
Раннекатакомбная
XXV–XXIII вв. до н.э.
300–350
250–300
Поздне- и
посткатакомбные
XXII–XIX вв. до н.э.
200–250
<200
Покровская,
срубная
XVIII–XIII вв. до н.э.
300–400
250–350
VI–V вв. до н.э.
~400
330–350
2-я пол. IV–III вв.
до н.э.
300–350
250–280
2-я пол. II–I в. до н.э.
~400
330–350
Эпоха бронзы
Ямная
Эпоха раннего железа
Савроматская
Раннесарматская
Среднесарматская
Позднесарматская
I в. н.э.
380–400
300–330
1-я пол. II в. н.э.
350–380
~300
2-я пол. II–1-я пол. I
II вв. н.э.
330–350
250–280
2-я пол. III в. н.э.
350–380
~300
Конец III–IV вв. н.э.
380–400
300–330
VIII–XI вв. н.э.
300–350
250–280
XIII–XIV вв. н.э.
420–450
350–400
350–370
280–300
Средневековье
Хазары, печенеги,
половцы и др.
Золотая Орда
Современность
101
На протяжении IV–III тыс. до н.э. эволюция почв волго-донских
степей происходила на уровне подтипов от темно-каштановых к каштановым, от каштановых к светло-каштановым со сдвигом границ почвенных подзон к северу. Смещение границ природных зон (подзон),
вероятно, происходило лишь в пограничной полосе шириной в несколько десятков километров. В каждом из исследованных природных
регионов (Среднерусская, Приволжская, Ергенинская возвышенности, Прикаспийская низменность) отчетливо прослеживается усиление
аридизации климата во второй половине III тыс. до н.э. Увеличение
засушливости вызвало интенсификацию процесса дефляции, обусловило значительное засоление, дегумификацию и окарбоначивание палеопочв. Это привело к опустыниванию ландшафтов и формированию
в конце III тыс. до н.э. на водоразделах и высоких речных террасах,
древнеморской равнине каштановидных полупустынных палеопочв.
Для них были характерны отсутствие признаков солонцеватости и текстурной дифференциации профиля, монотонность окраски, маломощный гумусовый горизонт с содержанием гумуса менее 2 %, поверхностная карбонатность, отсутствие сегрегационных форм карбонатных
аккумуляций, значительная засоленность профиля, низкие значения
магнитной восприимчивости. По сравнению с предшествующим временем в каштановидных палеопочвах запасы карбонатов в слое 0–
50 см возросли в 1,5–2 раза, легкорастворимых солей и гипса в верхней
двухметровой толще – в 2,5–3 раза. По организации профиля и морфолого-химическим свойствам они были весьма близки современным
бурым почвам, развитым в настоящее время на буграх Бэра в низовьях
Волги в полупустынной зоне. Следует отметить, что подобного облика палеопочвы, названные «лессовидными» (Герасименко, 2009), были
обнаружены под курганами возрастом около 4000 лет в сухостепной
зоне Северного Причерноморья. Изменение условий почвообразования отразилось и на состоянии микробных сообществ палеопочв. На
протяжении III тыс. до н.э. биомасса активных микроорганизмов снизилась в десятки раз. В эколого-трофической структуре микробных
сообществ отмечен сдвиг в сторону увеличения олиготрофности. Каштановидная палеопочва отличается наиболее богатым филогенетическим разнообразием микробных сообществ, определяемым с помощью
генетических методов. Они имеют черты как предшествующих, так
и последующих периодов развития, что свидетельствует о сукцессии
микробных сообществ в результате изменения климатических условий. Таким образом, в результате аридизации климата во 2-й половине
III тыс. до н.э. произошла конвергенция почвенного покрова с преобразованием темно-каштановых, каштановых, светло-каштановых почв
102
и солонцов в каштановидные полупустынные почвы, которые в хроноинтервале 4200–3900 лет назад занимали доминирующее положение в
регионе. В первой половине II тыс. до н.э. наступила очередная смена
условий почвообразования, вызванная ростом степени атмосферной
увлажненности. Она обусловила дивергенцию почвенного покрова со
вторичным формированием к середине II тыс. до н.э. ареалов зональных каштановых почв и солонцов на месте каштановидных.
Следовательно, возраст современных каштановых солонцовых комплексов региона не превышает 3500 лет. Гумидизация климата обусловила увеличение содержания гумуса и возрастание мощности гумусового
горизонта почв, интенсификацию нисходящей миграции легкорастворимых солей и гипса, перестройку карбонатного профиля. Таким образом,
в эпохи средней и поздней бронзы (~4300–3500 лет назад) в Волго-Донских степях произошли весьма существенные, быстрые и обратимые эволюционные преобразования почв на таксономическом уровня типа.
Полученные данные свидетельствуют о том, что в IV тыс. до н.э.
палеопочвы Волго-Донских степей развивались в условиях повышенной атмосферной увлажненности с нормой осадков более 400 мм/год
(таблица). Природная обстановка, наиболее близкая современной, имела место в конце IV–1-й половине III тыс. до н.э. Около 5000 лет назад
началась постепенная аридизация климата, продолжавшаяся на протяжении тысячелетия и достигшая максимума на рубеже III–II тыс. до н.э.
За это время среднегодовая норма атмосферных осадков снизилась не
менее чем на 100–150 мм и достигла уровня 200–250 мм/год. В конечном
счете около 4000 лет назад в Волго-Донских степях возник самый масштабный палеоэкологический кризис за последние 6000 лет. Мы считаем,
что резкая аридизация климата в конце III тыс. до н.э. имела глобальный
характер. Она зафиксирована в ряде регионов степей и пустынь Евразии,
в частности, на Ближнем Востоке (Глушко, 1990; Weiss, Courty, 1993),
в Верхней Фракии (Болгария) (Балабина, Мишина, 2008), в Северном
Причерноморье (Герасименко, 2009), в Средней Азии (Виноградов, Мамедов, 1975). В XVIII–XVII вв. до н.э. в исследуемом регионе началось
смягчение климатических условий с увеличением количества атмосферных осадков до 300–400 мм/год в сухих степях Волго-Донского междуречья и до 250–350 мм/год в пустынно-степной зоне Заволжья. Пик этого увлажнения пришелся, вероятно, на середину II тыс. до н.э. и повлек
за собой значительные эволюционные преобразования почв со сдвигом
ландшафтных рубежей к югу. Очередной засушливый этап приходился
на конец II–первую треть I тыс. до н.э.
Палеопочвенные исследования курганов ранне-, средне- и позднесарматского времени свидетельствуют о том, что на протяжении II
103
в. до н.э.–IV в. н.э. в палеопочвах Волго-Донских степей происходили
циклические изменения морфологических, химических, микробиологических, магнитных свойств. Масштабы выявленных изменений
не приводили к эволюционным преобразованиям почв на типовом
(подтиповом) таксономическом уровне. Однако они свидетельствует
об определенной динамике среднегодового количества атмосферных
осадков в пределах ±30–50 мм. Следует отметить, что особенности
и направленность изменений каждого из перечисленных выше показателей отражают одни и те же закономерности динамики климатических условий. Использование комплекса палеопочвенных,
микробиологических, магнитных данных обеспечило достаточно
высокую степень достоверности проведенных реконструкций динамики природных условий. Время существования сарматской культурно-исторической общности в климатическом отношении можно
рассматривать как эпоху чередования микроплювиальных и микроаридных периодов продолжительностью до 150–200 лет (см. табл.). В
частности, относительно влажными климатическими условиями как
в Волго-Донском междуречье, так и в Заволжье характеризовались
I в. до н.э., I и IV вв. н.э. (380–400 и 300–350 мм/год соответственно),
а наиболее засушливыми – 2-я пол. II–1-я пол. III вв. н.э. (330–350
и 250–280 мм/год). Промежуточная и близкая ситуация по степени
увлажненности имела место в 1-й пол. II в. н.э. и во 2-й пол. III в. н.э.
(350–380 и ~300 мм/год).
Установленная нами периодизация и хронология динамики климатических условий Волго-Донских степей в сарматское время в целом согласуется с закономерностями развития природных процессов
в других регионах степей и пустынь Евразии. В частности, по результатам палеогеографических и почвенно-археологических исследований микроплювиалы в I–II и/или в конце III–IV веках зафиксированы на Ближнем Востоке (Enzel, Bookman, Sharon et al., 2003), в
Приазовье (Песочина, 2004), в Южном Приуралье (Рысков, Демкин,
1997), в Зауралье (Плеханова, Демкин, 2008). В бассейне Аральского моря во II–III вв. н.э. заметно усилилась засушливость климата
(Виноградов, Мамедов, 1991; Маев, Маева, Карпычев, 1991). В связи
с этим можно полагать, что динамика увлажненности климата в Волго-Уральских степях была синхронной, а, следовательно, в Нижнем
Поволжье, как и в Южном Приуралье (Рысков, Демкин, 1997; Демкин, Ельцов, Борисов и др., 2003), савроматский гумидный период
(VI–V вв. до н.э.) сменился раннесарматским аридным (IV–III вв.
до н.э.) со снижением среднегодовой нормы атмосферных осадков не
менее чем на 50–70 мм (см. табл.).
104
Характерной особенностью средневековых палеопочв ВолгоДонских степей XIII–XIV вв. н.э. на всех исследованных объектах
является существенное отличие их свойств как от предшествующего
времени, так и от современных фоновых. В это время активизировались процессы гумусообразования, рассоления и рассолонцевания
почв, произошла перестройка карбонатного профиля, резкие преобразования претерпели почвенные микробные сообщества. Заслуживают внимания выявленные факты формирования каштановых
палеопочв на месте сарматских и современных ареалов светло-каштановых почв. Эти данные дают основания считать, что в эпоху развитого средневековья произошли довольно существенные изменения
климата в сторону его гумидизации. Судя по свойствам палеопочв
этого периода можно полагать, что среднегодовая норма атмосферных осадков превышала современную на 70–100 мм (см. табл.). Увеличение атмосферной увлажненности повлекло за собой региональную миграцию природных рубежей к югу, в частности, экспансию
сухостепных ландшафтов в пределы пустынно-степных.
На основании палеопочвенных данных мы можем говорить о существовании в южнорусских степях «средневекового климатического оптимума», пик которого приходился на XIII век. Благоприятная
почвенно-ландшафтная и климатическая обстановка, сложившаяся в
золотоордынское время, в определенной мере способствовала существенному изменению этнополитической ситуации в регионе, появлению
многочисленных городищ, переходу средневековых кочевников к полуоседлому образу жизни. Ранее уже были высказаны предположения (Гаель, Гумилев, 1966; Глушко, 1996; Хотинский, 1986) о значительной гумидизации климата всей евразийской степи во время татаро-монгольского
нашествия и существования Золотой Орды. Кроме того, результаты палинологических (Герасименко, 2004) и палеопочвенных (Александровский, 2002) исследований археологических памятников свидетельствуют
об увеличении количества атмосферных осадков в рассматриваемую историческую эпоху в Северном Причерноморье и Предкавказье. Однако
уже в конце XIV–XV вв. н.э. наступила очередная аридизация климата
(Адаменко, Масанов, Четвериков, 1982; Демкин, Ельцов, Алексеев и др.,
2004; Колебания климата…, 1988; Рысков, Демкин, 1997; Шнитников,
1957), которая, по-видимому, в основном и обусловила заметные изменения многих свойств почв Волго-Донских степей в постзолотоордынское
время (снижение содержания гумуса, увеличение засоленности и др.).
Таким образом, многочисленные курганы евразийских степей
являются не только памятниками истории древних и средневековых
обществ, но и памятниками природы. До настоящего времени под
105
курганными насыпями сохранились палеопочвы прошлых эпох, «записавшие» в своем профиле историю развития природной среды на
протяжении последних тысячелетий.
Литература
Адаменко В.Н., Масанова М.Д., Четвериков А.Ф. Индикация изменений климата.
Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 112 с.
Александровский А.Л. Изменения почв и природной среды на юге России в голоцене
// OPUS: Междисциплинарные исследования в археологии. 2002. №1–2. С.109–119.
Балабина В.И., Мишина Т.Н. Телль Юнаците в эпоху ранней бронзы: колебания
климата и динамика хозяйственной деятельности // Труды II (XVIII) Всероссийского
археологического съезда. Т. III. М., 2008. С. 321–325.
Виноградов А.В., Мамедов Э.Д. Первобытный Лявлякан. М.: Наука, 1975. 287 с.
Виноградов А.В., Мамедов Э.Д. Изменения климата и ландшафтов междуречья
Аму-Дарьи и Сыр-Дарьи (по археологическим и палеогеографическим данным) //
Аральский кризис. М., 1991. С.66–75.
Гаель А.Г., Гумилев Л.Н. Разновозрастные почвы на песках Дона и передвижение
народов за исторический период // Известия АН СССР, серия географическая. 1966.
№1. С.11–20.
Герасименко Н.П. Развитие зональных ландшафтов четвертичного периода на
территории Укранины. Автореф. докт. дисс. Киев, 2004. 40 с.
Герасименко Н.П. Изменения природной среды в степной зоне Украины в течение
среднего и позднего периодов эпохи бронзы // Эволюция почвенного покрова. Пущино, 2009. С.187–189.
Глушко Е.В. Историко-географические исследования ландшафтов Западного
Ирака по космическим снимкам // Известия ВГО. 1990. Т.122, вып.3. С.255–262.
Глушко Е.В. Цикличность ландшафтообразования Южного Приаралья в голоцене
// География и природные ресурсы. 1996. №4. С.30–37.
Демкин В.А. Палеопочвоведение и археология: интеграция в изучении истории
природы и общества. Пущино:ОНТИ ПНЦ РАН, 1997. 213 с.
Демкин В.А., Ельцов М.В., Алексеев А.О и др. Развитие почв Нижнего Поволжья за
историческое время // Почвоведение. 2004. №12. С. 1486–1497.
Демкин В.А., Ельцов М.В., Борисов А.В.и др. Палеопочвы и природные условия левобережного Илека в эпохи бронзы и раннего железа // Вопросы истории и археологии Западного Казахстана. Вып.2. Уральск. 2003. С.212–219.
Демкина Т.С., Хомутова Т.Э., Каширская Н.Н. и др. Микробиологические исследования палеопочв археологических памятников степной зоны // Почвоведение. 2010.
№2. С.213–220.
Иванов И.В. Эволюция почв степной зоны в голоцене. М.: Наука, 1992. 143 с.
Колебания климата за последнее тысячелетие / Под. ред. Е.П.Борисенкова. Л.:
Гидрометеоиздат, 1988. 408 с.
106
Маев Е.Г., Маева С.А., Карпычев Ю.А. Аральское море в голоцене // Аральский
кризис. М.,1991. С.76–86.
Песочина Л.С. Развитие почв и природной среды Нижнего Дона во второй половине голоцена. Автореф. канд. дисс. М., 2004. 24 с.
Плеханова Л.Н., Демкин В.А. Палеопочвы курганов раннего железного века степного Зауралья // Почвоведение. №1. 2008. С.5–16.
Рысков Я.Г., Демкин В.А. Развитие почв и природной среды степей Южного Урала
в голоцене. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1997. 165 с.
Хотинский Н.А. Взаимоотношение леса и степи по данным изучения палеогеографии голоцена // Эволюция и возраст почв СССР. Пущино. 1986. С.46–53.
Шнитников А.В. Изменчивость общей увлажненности материков северного полушария. М. –Л.: Изд-во АН СССР, 1957. 337 с.
Enzel Y., Bookman, R., Sharon, D. et al. Late Holocene climates of the Near East deduced
from Dead Sea level variations and modern winter rainfall // Quaternary Research. 2003.
Vol. 60. Рp.263–273.
Weiss T.J., Courty M.-A. The genesis and collapse of third millennium North
Mesopotamia civilization // Science. 1993. Vol.261. Pp.995–1004.
УСТОЙЧИВОСТЬ МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ
ПОДКУРГАННЫХ ПАЛЕОПОЧВ СТЕПНОЙ ЗОНЫ
Т.С. Демкина, к.б.н., в.н.с., Т.Э. Хомутова, к.б.н., в.н.с
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
Е.В. Демкина, к.б.н.
Институт микробиологии им. С.Н.Виноградского РАН
Н.Н. Каширская, к.б.н., с.н.с.
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
Проведенные микробиологические исследования подкурганных палеопочв сухих и пустынных степей Нижнего Поволжья показали (Демкина и др., 2000, 2004 и др.), что в них до настоящего времени сохраняются
микробные сообщества, существовавшие во время сооружения археологических памятников. Это подтверждено выявленными закономерностями распределения численности микроорганизмов различных трофических групп в курганных насыпях, погребенных и современных почвах
(Демкина и др., 2007), данными определения возраста микробной фракции с использованием метода 14С атомной масс-спектрометрии (Demkina
et al., 2008). Сохранению микроорганизмов прошлых эпох способствоваИсследования проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных
исследований и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН.
107
ли их адаптационные механизмы выживания (анабиоз, переход бактерий
в наноформы и др.) в неблагоприятных экологических условиях (Бухарин и др., 2005; Вайнштейн, Кудряшова, 2000). С применением электронной микроскопии установлено, что в гор. А1 подкурганной каштановой
почвы 77 % клеток относятся к наноформам (их объемы не превышают
0,09 мкм3), а в современном аналоге – 63 % (Каширская, 2006). Цитологические исследования искусственно образованных наноклеток позволили
предполагать, что их формирование представляет универсальную ответную реакцию организма на неблагоприятные условия и стресс-факторы
(Вайнштейн, Кудряшова, 2000). Бактериальные сообщества, выжившие
в условиях природной консервации, привлекают особое внимание в связи с наличием у них эффективных механизмов, обеспечивающих длительное сохранение их жизнеспособности. Длительно переживающие
сообщества отличаются высокой степенью гетерогенности, что проявляется в несоответствии потенциальной биологической активности, определяемой прямым методом дифференцированного подсчета «живых» и
«мертвых» бактериальных клеток (краситель DAPI) и реально выявляемой при их культивировании в стандартных условиях на питательных
средах. Согласно современным представлениям, микробные популяции
представляют собой сложную, дифференцированную систему, которая
характеризуется функциональной специализацией клеток. Координация деятельности таких клеток требует наличия регуляторных (коммуникативных) связей (Олескин и др., 2000), осуществляемых с помощью
сигнальных молекул. Показана возможность (табл.) стимулировать прорастание колонеобразующих единиц (КОЕ) законсервированного длиИзменение жизнеспособности бактерий в гор.А1 подкурганных и современной почв после прединкубации с ИУК (10-4 М) в течение 40 минут
Почва, (время,
лет назад)
Количество жизнеспособных
клеток после прединкубации
(КОЕ/г почвы)
Прямой счет,
кл./г почвы
(живые +
мертвые)
контроль
содержание
ИУК 10-4 М
Подкурганная
каштановая,
(~4800)
(5,40 ± 0,1)х108
(2,00 ± 0,1)х1011
Не опр.
Подкурганная
каштановидная,
(~4000)
(2,80 ± 0,4)х108
(1,20 ± 0,2)х1010
Не опр.
Современная
каштановая
(3,14 ± 0,2)х108
(1,39 ± 0,1)х1010
(4,35 ± 0,4)х1011
108
тельно покоящегося микробного пула на 2–3 порядка при выделении его
из образцов подкурганных палеопочв с помощью β-индолил-3-уксусной
кислоты (ИУК) как сигнального вещества (Demkina et al., 2008).
Для определения степени устойчивости микробных сообществ
разновозрастных подкурганных каштановых палеопочв и палеосолонцов изучены закономерности временной изменчивости суммарной, живой и активной биомассы их микробных сообществ и проведено сравнение с современными аналогами.
Суммарная микробная биомасса (СМБ) включает максимальное
число микробных клеток на разных стадиях их жизненного цикла, в
том числе некультивируемые формы, мертвые клетки и др. (Хомутова и др., 2004, Khomutova et al., 2007). Показано, что в современных
каштановых почвах и солонцах Северных Ергеней средневзвешенное
значение СМБ (гор. А1, В1, В2) составляет 943 и 1995 мкг С/г почвы.
В аналогичных почвах Приволжской возвышенности – 2434–4558 (в
разные годы) и 2241 мкг С/г почвы соответственно (рис. 1А). В каштановой палеопочве и палеосолонце Северных Ергеней, погребенных
около 2000 лет назад, СМБ составила 879 и 1673 мкг /С г почвы, что
незначительно меньше, чем в фоновых аналогах. В каштановой почве
Приволжской возвышенности в хроносрезы ~300, ~750, ~1800, ~1950,
~4000, ~4800, и ~5000 лет назад СМБ изменялась от 930 до 2183 мкг
С/г почвы в зависимости от палеоклиматических условий. В солонце
Приволжской возвышенности, погребенном под валом Анны Иоанновны ~300 лет назад, СМБ несколько больше таковой современной
почвы и составила 2357 мкг С/г почвы (см. рис. 1Б).
Живую микробную биомассу в почвах оценивали по содержанию фосфолипидов (ФЛ), так как они являются обязательным компонентом мембран живых клеток, независимо от их физиологического состояния (Findlay, 1996; Frostegard et al., 1991). В современных
каштановых почвах и солонцах Северных Ергеней содержание ФЛ
составило 52 и 43 мкг/г почвы (средневзвешенное значение в гор.
А1, В1, В2) соответственно. В аналогичных почвах Приволжской
возвышенности – 54–197 (в разные годы) и 42 мкг/г почвы. В подкурганных палеопочвах Северных Ергеней, погребенных ~2000 лет
назад, содержание ФЛ в каштановой почве и солонце было близким
и составило 33 и 31 мкг/г почвы соответственно. В полеокаштановых почвах, погребенных под курганами (~750, ~1800, ~1950, ~4000,
~4800, и ~5000 лет назад) и валом Анны Иоанновны (~300 лет назад),
средневзвешенное содержание ФЛ составило 94–174 и 43 мкг/г почвы. В палеосолонце (~300 лет назад) – 60 мкг/г почвы, что больше,
чем в современном аналоге (рис. 2).
109
Рис. 1. Содержание суммарной микробной биомассы в современных
(А) и погребенных (Б) почвах (средневзвешенные величины в гор.
А1+В1+В2): 1 – каштановая почва; 2 – солонец
Активная биомасса представляет собой часть микробного сообщества, клетки которой метаболически активны, либо способны
переходить в активное состояние при добавлении в почву глюкозы.
Оценку проводили методом субстрат-индуцированного дыхания
(Anderson, Domsch, 1978). В современной каштановой почве Приволжской возвышенности средневзвешенное значение (гор. А1, В1,
В2) величины активной биомассы (С-СИД) составляет 124–220 (в
разные годы) мкг С/г почвы. В погребенных палеопочвах значения
110
Рис. 2. Содержание живой микробной биомассы в современных
(А) и погребенных (Б) почвах (средневзвешенные величины в гор.
А1+В1+В2): 1 – каштановая почва; 2 – солонец
этой величины резко снижаются от 44 до 0,4 мкг C/г почвы в различные исторические отрезки времени (рис. 3А).
Полученные данные показывают, что в палеопочвах сохраняются
микробные сообщества. Их суммарная биомасса составляет 20–93 %
микробной биомассы современных аналогов, в некоторых палеопочвах до 105 %. Во всех почвах присутствует определенный пул жизнеспособных микроорганизмов (оцененный по содержанию фосфолипидов), и он сопоставим с таковым современной почвы (составляет
48–142 % уровня современного). Биомасса микроорганизмов в микробном сообществе палеопочв, способных давать отклик на внесение
глюкозы, колеблется от ничтожно малых величин (0,2 %) до 20–36 %
уровня современного аналога (см. рис. 1, 2, 3Б).
111
Рис. 3. Активная микробная биомасса в подкурганных и современной
каштановых почвах Приволжской возвышенности (А) и ее доля от
содержания в современной почве (Б) (средневзвешенные величины в
гор. А1+В1+В2)
При погребении почв микробное сообщество оказывается в нехарактерных для него условиях. При этом значительная его часть, преодолевая стрессовые условия окружающей среды (неблагоприятный
гидротермический режим, прекращение поступления растительного
опада и т.д.), переходит в покоящееся состояние. Остается открытым
вопрос о сохранении мицелия микроскопических грибов в этих условиях и его структуре. Известно, что темноокрашенный мицелий
способен обитать в экстремальных условиях. Пигменты типа меланинов определяют устойчивость грибного мицелия против лизиса,
112
Рис. 4. Содержание (средневзвешенное в гор. А1+В1+В2) и структура
мицелия микроскопических грибов в подкурганных и современной
каштановых почвах (Северные Ергени)
высыхания, смягчают воздействие неблагоприятных температурных
условий, а также обеспечивают сохранность клеточных структур в
процессе длительного углеродного голодания.
Биомасса грибных гиф в современной каштановой почве достигала
72 мкг/г почвы (средневзвешенная величина в гор. А1+В1+В2), доля темноокрашенного мицелия составляла 88 %. В погребенных почвах большая биомасса грибного мицелия установлена для почвы эпохи бронзы
(~4500 л.н.), где она составила 36 мкг/г почвы. При этом на долю темноокрашенного мицелия приходится 98 %. В палеопочве, погребенной ~2000 л.
н., биомасса грибных гиф была несколько меньше (31 мкг/г почвы), в его
структуре выявлены только пигментированные гифы (рис. 4).
Следовательно, в подкурганных палеопочвах степной зоны сохраняется грибной мицелий на уровне 43–50 % его содержания в современных
аналогах; в его структуре увеличивается доля темноокрашенного мицелия до 98–100 % как более устойчивого к неблагоприятным условиям
обитания.
Полученные доказательства консервации в подкурганных палеопочвах микробных сообществ прошлых исторических эпох дают основания
использовать различные микробиологические параметры в качестве индикаторов динамики палеоклимата, поскольку почвенные микроорганизмы являются неотъемлемой составной частью почвы и участвуют в той
или иной степени практически во всех процессах, протекающих в ней.
Литература
Бухарин О.В., Гинцбург А.Л., Романова Ю.М., Эль-Регистан Г.И. Механизмы выживания бактерий. М.: Медицина, 2005. 367 с.
113
Вайнштейн М.Б., Кудряшова Е.Б. О наннобактериях // Микробиология. 2000. Т.
69 (№2). С. 163–174.
Демкина Т.С., Борисов А.В., Демкин В.А. Микробиологические исследования подкурганных палеопочв пустынно-степной зоны Волго-Донского междуречья // Почвоведение. 2004. № 7. С. 853–859.
Демкина Т.С., Борисов А.В., Демкин В.А. Микробные сообщества палеопочв археологических памятников пустынно-степной зоны // Почвоведение. 2000. № 9. С.
1117–1126.
Демкина Т.С., Борисов А.В., Ельцов М.В., Демкин В.А. Сравнительная характеристика микробных сообществ курганных насыпей, подкурганных и современных почв
степной зоны Нижнего Поволжья // Почвоведение. 2007. №6. С. 738–748.
Каширская Н.Н. Микробная биомасса подкурганных палеопочв степной зоны
Нижнего Поволжья. Автореф. дисс. … к.б.н. Воронеж, 2006.
Олескин А.В., Ботвинко И.В., Цавкелова Е.А. Колониальная организация и межклеточная коммуникация у микроорганизмов // Микробиология. 2000. Т. 69. № 3. С. 309–327.
Хомутова Т.Э., Демкина Т.С., Демкин В.А. Оценка суммарной и активной микробной биомассы разновозрастных подкурганных палеопочв // Микробиология. 2004. Т.
73. №2. С. 241–247.
Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement
of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. V. 10. N 3. P. 215–221.
Demkina T.S., Khomutova T.E., Kashirskaya N.N. and et al. Age and activation of
microbial communities in soils under burial mounds and in recent surface soils of steppe
zone // Eurasian Soil Science. 2008. Vol.41. N 13. P.1439–1447.
Findlay R.H. The use of phospholipids fatty acids to determine microbial community
structure // Molecular Microbial Ecology Manual. 1996. V. 4.1.4. P. 1–17.
Frostegard A., Tunlid A., Baath E. Microbial biomass measured as total lipid phosphate in
soils of different organic content // Journal of Microbiological Methods. 1991. V. 14. P. 151–163.
Khomutova T.E., Demkina T.S., Borisov A.V. and et al. An assessment of changes in
properties of steppe kurgan paleosoils in relation to prevailing climates over recent millennia
// Quaternary Research. 2007. Vol.67. №3. Р.328–336.
ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ КАК НАУКА БИОСФЕРНОГО
КЛАССА
М.И. Дергачёва, д.б.н., профессор
Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, г. Новосибирск
Экология почв как самостоятельная наука наиболее активно начала развиваться в последние 25 лет. Несмотря на то, что ряд очень
существенных проблем в рамках этой науки остается не решенным,
появилась возможность представить её методологию в полном объеме
и определить её положение среди естественноисторических наук.
114
Очень долгое время самостоятельность экологии почв как науки
учеными не признавалась, поскольку в рамках экологии – науки о
взаимоотношениях организма со средой их обитания – почва рассматривалась в роли последней и словосочетание «экология почв»
считалось некорректным. Выделение экологии почв в рамках почвоведения в качестве самостоятельного раздела (учения, отрасли, направления и т.п.) также не поддерживалось учеными-почвоведами
и вплоть до последнего времени считалось нецелесообразным, поскольку многие вопросы, относящиеся к области экологии почв, рассматривались в рамках других разделов теоретического и прикладного почвоведения, таких как генезис почв, география почв, учение
о факторах почвообразования и др. Чаще всего экология почв отождествлялась с учением о факторах почвообразования. И этому были
свои причины, которые проясняет анализ длительной и сложной истории становления этой науки.
Первым, кто, не выделяя в отдельный раздел и не произнося
словосочетание «экология почв», наметил проблемы, составляющие
суть экологии почв, был В.В. Докучаев. Он постоянно подчеркивал,
что при решении любых вопросов почвоведения «надо иметь ввиду
всю единую, цельную и нераздельную природу, а не отрывочные ее
части». Он неустанно проводил мысль о том, что «необходимо изучать соотношения, генетическую вековечную и закономерную связь,
какая существует между мертвой и живой природой, между растениями, животными и минеральными царствами, а также человеком,
причем ядром учения об этих соотношениях – между живой и мертвой природой, между человеком и остальным миром, как органическим, так и минеральным – должно быть почвоведение». В.В. Докучаев считал, что необходимо овладевать почвой и управлять ею с целью
чисто практической, для чего надо, прежде всего, решить вопрос о
закономерных соотношениях между характером и распределением
почв и факторами–почвообразователями.
Но прошло около 25 лет, прежде чем Л.И. Прасоловым (1923)
было высказано предложение о выделении в рамках почвоведения
учения об отношении почв к окружающим их условиям в отдельный
раздел, который мог бы называться «экология почв» или «педоэкология». В качестве предмета этого учения он предлагал решение вопроса об отношении почв с окружающими условиями.
На такое определение Л.И. Прасоловым предмета исследований,
по-видимому, оказал влияние В.В. Докучаев, который в своих работах постоянно акцентировал внимание на необходимости изучения
связей между живой и мертвой природой, а также человеком.
115
Для становления экологии почв как самостоятельной науки
были характерны периоды накопления конкретных данных и рассмотрения частных вопросов, чередующиеся с выходом в свет основополагающих обобщающих и оригинальных работ, являющихся
этапными в развитии этой науки и дающих четкое представление о
её развитии.
Первым таким периодом оказались годы, прошедшие от момента выхода в свет предложения Л.И. Прасолова, до появления первого
оригинального исследования в рамках экологии почв – монографии
В.Р. Волобуева «Почвы и климат» (1953). Прошло долгих 30 лет, прежде чем появилась эта первая специальная монографическая работа,
посвященная одному из основополагающих вопросов экологии почв
– закономерностям в системе «фактор почвообразования – почвы» и
освещающая наиболее полно и всесторонне вопрос взаимодействия
почв и климата. Спустя 10 лет увидела свет вторая монографическая
работа В.Р. Волобуева – «Экология почв», в которой автор предлагал
рассматривать экологию почв в качестве самостоятельной отрасли
почвоведения, предметом которой должно быть не только выявление и
характеристика закономерных соотношений между почвой и почвообразователями, но и решение проблем взаимоотношения между почвой
и средой, которые возникают при разного рода воздействиях на почву
производственной деятельности человека (Волобуев, 1963, с.5 , 9).
В.Р. Волобуев (1953, 1974) был первым, кто очень серьезно и обоснованно поставил вопрос о том, что проблемы, связанные с взаимоотношениями почв и почвообразователями в естественных условиях и
при антропогенезе, должны решаться иными, чем в географии, генезисе и других разделах почвоведения методами, с позиций иных методологических подходов, что и требовало выделения экологии почв
в самостоятельный раздел почвоведения (или, по мнению В.Р. Волобуева, отрасль почвоведения). Этот ученый очень много сделал для
развития экологии почв: предложил и обосновал оригинальные положения и методы экологии почв; описал закономерности в системе
«фактор почвообразования – почвы»; разработал гидротермическую
систему связи почв с климатом, выделил термо- и гидроряды с определенными градациями тепла и увлажненности, дал термодинамическое обоснование соотношений «почва – растение – климат», а также разработал новое направление в рамках учения об экологии почв
– “энергетика почвообразования” (Волобуев, 1974).
Но даже выход в свет 4-х основополагающих монографических
работ и других многочисленных публикаций этого автора не убедили
ученых-почвоведов в необходимости развивать экологию почв как
116
самостоятельный раздел почвоведения, тем более, что незадолго до
выхода в свет его первой монографии «Почвы и климат» была переведена на русский язык книга Г. Иенни «Факторы почвообразования»
(1948). Ученые других специальностей продолжали считать почву
средой обитания организмов, а словосочетание «экология почв» неправомочным.
Только спустя еще почти 20 лет после выхода последней монографии В.Р. Волобуева (1974), были опубликованы в виде отдельной
главы в монографии «Теоретические проблемы генетического почвоведения» оригинальные взгляды И.А. Соколова (1993), где он привел
обоснование необходимости выделения экологии почв в самостоятельный раздел теоретического генетического почвоведения, занимающийся изучением закономерностей, действующих в системе «почва
– факторы». Он считал, что само понятие “экология почв” имеет право
на существование, поскольку почва как целостное тело, являясь продуктом взаимодействия факторов почвообразования – биоты, климата,
породы, рельефа и времени – тоже взаимодействует с окружающей ее
средой. Он полагал, что раздел “экология почв” равноправен с другими
разделами, составляющими основу теоретического генетического почвоведения, такими, как “генезис и география почв”, но подчеркивал,
что объект и предмет этих разделов существенно различается.
И.А. Соколов (1993) впервые четко расставил акценты при описании этих различий, показав, что в отличие от учения о генезисе,
экология почв не занимается познанием механизмов формирования
почвенных свойств, но познает причины «запуска» этих механизмов, и в отличие от географии почв не изучает распределение почв
в реальном географическом пространстве, а занимается описанием
закономерностей их расположения в абстрактном многомерном координатном пространстве, где в качестве координат может выступать
любое сочетание факторов почвообразования или отдельных их характеристик. И.А. Соколов подчеркивал, что только с помощью законов экологии почв можно объяснить закономерности распределения
почв в реальном географическом пространстве. Он считал, что экология почв, являясь самостоятельным разделом теоретического генетического почвоведения, может рассматриваться связующим звеном
между учениями о генезисе и географии почв. “Единство этих трех
разделов и составляет ядро фундаментального почвоведения, на котором базируются все прикладные его ветви”, – писал. И.А. Соколов
(1993, с. 64–65). И.А. Соколов, как и В.Р. Волобуев, очень продвинул
разработку теоретических вопросов экологии почв, определив объект
и предмет науки, предложив специфический понятийно-термино117
логический аппарат, дав оценку существующих методов и приёмов,
сформулировав основные законы экологии почв. Предложенные
методологические основы нового раздела теоретического почвоведения, как это было описано И.А. Соколовым, существенно расширили
возможность интерпретации материалов, позволили по-новому подходить к получению данных, и, что самое главное, описывать, наконец, все вопросы экологии почв в единых терминах и опираться на
ряд закономерностей и законов, которые были им сформулированы.
Но И.А. Соколов, как и предыдущие исследователи, считал, что
область экологии почв лежит в рамках взаимоотношений почвы с
окружающей их средой, хотя он более точно и ёмко сформулировал
предмет исследований: изучение закономерностей, действующих в
системе «почва – факторы».
И.А. Соколов положил начало определению и обоснованию необходимости введения специфичной для экологии почв терминологии,
а для переходного периода, в течение которого будет разрабатываться эта терминология, попытался четко разграничить смысл одинаково
звучащих понятий и терминов с позиций географии, генезиса и экологии почв. Он также ввел новые, специфичные для экологии почв,
понятия. Это направление, начатое И.А. Соколовым, охватывает одну
из актуальных проблем в рамках экологии почв. Большой заслугой
И.А. Соколова (1993) было то, что он сформулировал ряд законов распределения почв в частном реальном экологическом пространстве для
зрелых автономных почв, а также вывел некоторые закономерности,
относящиеся к отдельным (частным) вопросам экологии почв, которые также дали новый стимул к развертыванию исследований в этом
направлении. Им впервые было показано, что законы связей «природная среда – почва» могут быть различны (и даже противоположны)
для гумидного и аридного педокосмов. Им также впервые было акцентировано внимание на том, что термический фактор ответственен за
интенсивность почвообразовательных процессов, т.е. количественную
его сторону, тогда как качественная направленность почвообразования
определяется в большей степени увлажненностью.
Таким образом, основные – этапные – работы, лежащие в основе
становления «экологии почв», в качестве предмета рассматривали закономерности соотношений между почвой и средой ее формирования,
или закономерности, действующие в системе почва–факторы, т.е. в
большинстве разработок предмет этого научного направления лежал в
области взаимоотношений почв и факторов-почвообразователей.
Однако к этому времени в недрах почвоведения уже зародилось новое направление – учение об экологических функциях почв
118
(Добровольский, Никитин, 1986), рассматривающее роль почв в реализации ими экологических (и как следствие, общебиосферных)
функций, ибо любое природное тело играет определенную роль в
функционировании биосферы (или геосферы). Почва стал рассматриваться как экологическое тело, выполняющее в биосфере комплекс
функций разного уровня.
Истоки понимания почвы как экологического (биосферного)
тела восходят к основоположнику почвоведения В.В. Докучаеву, который уже при определении понятия «почва» ввел понятие «самостоятельное естественноисторическое природное тело». Последнее стало
основным, базисным для широкого класса естественноисторических
(биосферных) наук, представляющих комплекс наук, направленных на познание законов функционирования биосферы (Галицкий,
Тюрюканов, 1977). «Являясь элементарным (далее неразложимым
без потери качества), оно стало исходным моментом, всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее систем, тем зародышем,
из которого развились все другие понятия биосферных наук» (Тюрюканов, Федоров, 1996, с.24).
То обстоятельство, что почва является самостоятельным естественноисторическим природным телом, а также появление во второй
половине XX в. системного подхода (который стал новой общенаучной парадигмой) к познанию сложных объектов, привело к необходимости пересмотра многих аспектов познания почвы, рассмотрению
этого объекта биосферы с системных позиций. Почву стали рассматривать как биокосную экологическую систему, в которой биотические
и абиотические компоненты связаны в единую целостность потоками вещества и энергии. Именно как целостность (единое почвенное
тело) почва взаимодействует с окружающей ее средой, обмениваясь с
ней в целом веществом, энергией и информацией.
Естественный ход развития наук привел в последнюю четверть
прошлого века к пересмотру объема понятия «экология». Экология из чисто биологической науки, где среди центрального объекта
экологических систем могут быть только биологические организмы,
постепенно стала превращаться в биоцентрическую науку, в центре
которой может стоять уже не только живой организм с его взаимоотношением с окружающей средой, а некая «совокупность предметов
и явлений с точки зрения объекта (как правило, живого или с участием живого), принимаемого за центральный в этой совокупности”
(Реймерс, Яблоков, 1982, с. 137). Это предполагает, что и биокосные
тела, к которым относится почва, могут быть центральным объектом
экологии. Кроме того, развитие почвоведения, приведшее к появле119
нию в нем нового раздела – учения об экологических функциях почв,
где принципы экологии и почвоведения представляют собой неразрывное единство (Добровольский, Никитин, 1986…2006), привело
к необходимости пересмотра некоторых методологических позиций
экологии почв.
Учитывая вышеизложенные обстоятельства, почву в рамках
экологии почв было предложено рассматривать исключительно как
природную открытую экологическую систему, т.е. как систему биосферного типа, структурно-функциональная организация которой
выступает в качестве объекта этой науки, а познание закономерностей функционирования почвы как экологической системы в биосфере составляют суть её предмета (Дергачева, 2002). Это предполагает
выявление закономерностей не только внешнего обмена веществом
и энергией почвы с окружающей средой, в том числе с факторамипочвообразователями (внешние связи), но и внутреннего единства,
внутренних причинныех связей ее как системы (Дергачева, 2009). В
связи с этим, круг основополагающих вопросов в рамках экологии
почв должен охватывать общие закономерности вещественно-энергетического обмена внутри почвы, взаимосвязи ее с окружающей
средой и реализации почвой ее функций в экосистемах и биосфере в
целом (т.е. в системах, стоящих иерархически выше).
Правомочность переноса акцентов экологии почв с познания
закономерностей, действующих в системе «почва–факторы», на закономерности функционирования почвы как системы биосферного
типа, представляется вполне обоснованной.
В качестве методологической основы изучения внутренних связей в почве как экосистеме могут использоваться подходы А.А. Ляпунова и А.А. Титляновой (1971), разработанные ими для изучения
круговорота вещества и энергии в биогеоценозах, изучения внешних
связей. На данном этапе развития этой науки основой могут служить
разработки В.Р. Волобуева и И.А. Соколова, а также материалы и
подходы, которые имеются в работах, рассматривающих более частные вопросы по отношению к экологии почв (Иенни, 1948; Карпачевский, 2005; и др.). Что касается экологических функций почв, то
основной круг решаемых вопросов очерчен в работах Г.В. Добровольского и Е.Д. Никитина (1986, 2006), этот раздел экологии почв находится в стадии активного развития и можно надеяться, что вскоре будут сформулированы методологические принципы изучения общих
и частных экологических функций почв.
В связи с вышеизложенным, в рамках теоретической экологии
почв целесообразно выделение как минимум трех самостоятельных,
120
но неразрывно связанных между собой разделов: раздела о внешних
связях почв как системы, о внутреннем вещественно-энергетическом
обмене между почвенными компонентами и об экологических функциях почв (Дергачева, 2009). Г.В.Добровольским и Е.Д. Никитиным
(2006) было предложено ввести понятие «интегральной экологии
почв» и выделять в ней три блока: факторную экологию, занимающуюся практически изучением внешних связей, учение об экологических функциях почв и о сохранении почв как незаменимого компонента биосферы. Представляется, что задачи последнего раздела
подразумеваются самим определением объекта и предмета экологии
почв, поскольку функционирование почв в биосфере предопределят
выполнение ими экологических и биосферных функций, которые в
конечном итоге в своей совокупности направлены на обеспечение устойчивости экосистем и биосферы в целом. В то же время введение в
перечень еще одного блока, задачи которого лежат в области познания закономерностей внутренних связей между компонентами почв,
представляется логичным (Дергачева, 2009).
Таким образом, «экология почв» – это наука, в рамках которой
предлагается выделять три взаимосвязанных блока: учение о внешних связях почв с окружающей средой (факторная экология), учение о внутренних связях компонентов почв, определяющих ее как целостное образование, как саморегулируемую биокосную природную
систему открытого типа (экологическое почвоведение) и учение об
экологических функциях почв.
Каково же место экологии почв в системе наук? Должна ли она
рассматриваться как раздел теоретического генетического почвоведения (Соколов,1993) или как раздел экологии (Гиляров, 1990), или
в силу её комплексности она может рассматриваться в системе других наук, имеющих отношение к функционированию биосферы. Хотя
экология почв возникла на стыке двух естественноисторических наук
– почвоведения и экологии – тем не менее, её нельзя рассматривать
просто как интеграцию этих двух наук. Она представляет собой не
просто интеграцию почвоведения и экологии, но является особой
специфической наукой со своими проблемами, законами, методами,
принципами, правилами и разделами. Её можно рассматривать скорее как результат целостности, возникающей при взаимодействии
(или своеобразном синтезе) наук, направленных на познание законов
функционирования биосферы и обеспечения её устойчивости в меняющейся природной обстановке. Н.В. Тимофеев-Ресовский писал, что
именно “встречное движение наук о биосфере”, а не “взаимодополнительность, не комплиментарность, не растворение одной науки в дру121
гой – вот наиболее существенная особенность развития биосферного
естествознания, биосферного класса наук. Каждая наука, сохраняя
свою внутреннюю специфику, вместе с тем раскрывает определенный
аспект целостности биосферы» (Тюрюканов, Федоров, 1996, с. 167).
По-видимому, экологию почв можно рассматривать как одну из
самостоятельных наук биосферного класса. При этом даже при изменении акцентов в объекте и предмете, эта наука не теряет своей значимости в качестве теоретической основы почвоведения, наряду с генезисом и географией почв. Эта интегративность и целостность трех
разделов – генезиса, географии и экологии почв, каждый из которых
может рассматриваться как самостоятельный раздел биосфероведения, составляют ядро теоретического почвоведения, о чем говорил
И.А. Соколов (1993). При этом почвоведение также представляет
собой науку биосферного класса. Законы экологии почв, сформулированные И.А. Соколовым (1993) являются хорошей иллюстрацией встречного движения почвоведения и экологии, приводящего к
формированию новой специфической целостной науки – экологии
почв. Эти законы, отражая реально существующие закономерности
поведения почв в природе, отражают в то же время законы функционирования почв в биосфере. Это является предпосылкой того, что
«экологию почв» необходимо рассматривать как науку, возникшую
не в недрах почвоведения или экологии, а в недрах учения о биосфере
в качестве самостоятельного раздела биосферного класса наук.
Безусловно, любое научное направление или новая наука любого
ранга не представляет собой нечто незыблемое, застывшее, они живут и развиваются: те или иные положения уточняются или расширяются, выделяются разделы и подразделы, возникают новые идеи, разными авторами дается видение проблемы с разных сторон, что делает
необходимым новый анализ состояния науки и выделения наиболее
актуальных вопросов.
Выделение «экологии почв» в качестве самостоятельного раздела биосферного класса наук также ставит ряд серьезных проблем,
решение которых будет способствовать её развитию и окончательному становлению. Среди самых актуальных из них на данный момент
времени можно отметить необходимость разработки специфических
методов, принципов и правил, позволяющих адекватно описывать
обосновывать и формулировать общие и частные законы существования почв в экологическом пространстве, для чего требуется создание
такого банка данных, который, во-первых, отвечает задачам экологии
почв, и, во-вторых, отличается такой системой показателей, где ключом является не тип почв, а свойство педона. Не менее актуальным в
122
рамках экологии почв является необходимость выявления и описания механизмов «включения» тех или иных процессов, связанных с
функционированием почв и обеспечением их устойчивости, а также
установление количественных связей между показателями экологических условий и характеристиками органической и минеральной
составляющих почв с учетом региональной и локальной специфики
ландшафтных зон и поиска удобных, легко реализуемых моделей
этих взаимосвязей. Иначе говоря, всестороннее изучение эколого–
почвенных связей на количественной основе.
Не менее актуальным в рамках экологии почв является решение
проблемы сохранения почвой ее экологических функций на таком
уровне, который бы обеспечивал саморегуляцию и устойчивость экосистем в меняющейся естественным и антропогенным путями природной обстановке, а также круг вопросов, связанных с выяснением
механизмов поддержания биоразнообразия, обеспечивающихся почвами; с изучением и использованием знаний об экологических функциях почв для решения разнообразных хозяйственных задач.
Естественно, что перечисленные проблемы не исчерпывают весь
круг ждущих своего решения вопросов, но накопление данных в рамках поставленных проблем и последующее их обобщение, можно
надеяться, переведут разработанность основ экологии почв на более
высокую ступень.
Таким образом, правомочность выделения «экологии почв» в отдельную науку основывается на естественноисторическом подходе
В.В. Докучаева, положениях системного подхода, понятии почвы как
экологической системы, а также экологии как биоцентрической науки.
Специфика объекта, предмета, понятий, методов, принципов и
законов делают целесообразным рассмотрение экологии почв как самостоятельной науки биосферного класса, в которой выделяется три
крупных раздела: учение о внешних связях (факторная экология, по
Г.В. Добровольскому и Е.Д. Никитину), учение о внутренних связях
или внутреннем обмене веществом, энергией и информацией (экологическое или динамическое почвоведение) и учение об экологических функциях почв. Методологической основой изучения внешних
связей почвы как экологической системы могут служить разработки
В.Р. Волобуева, И.А. Соколова и подходы к решению более частных
вопросов, имеющиеся в ряде оригинальных и обобщающих работ
(Иенни, 1948; Карпачевский, 2005; Дергачева, Рябова, 2005; Дергачева и др., 2007 и др.). В качестве методологической основы изучения
внутренних связей в почве как экосистеме и подсистеме биогеоценоза и биосферы могут быть использованы подходы А.А. Ляпунова
123
и А.А. Титляновой (1971), разработанные ими для изучения круговорота вещества и энергии в биогеоценозах. Методология изучения
экологических функций почв намечена в многочисленных работах
Г.В. Добровольского и Е.Д. Никитина, но, требует еще самого активного внимания.
Литература
Волобуев. В.Р. Почвы и климат, Баку, 1953. 320 с.
Волобуев В.Р. Экология почв. Баку, 1963. 259 с.
Волобуев В.Р. Система почв мира. Баку, 1973. 308 с.
Волобуев В.Р. Введение в энергетику почвообразования. М., 1974. 144 с.
Галицкий В.В., Тюрюканов А.Н. Методологические предпосылки моделирования
биогеоценотических процессов // Структура науки и механизм возникновения нового
знания. Обнинск–Москва, 1977. С. 46–55.
Дергачева М.И. Экология почв: итоги, проблемы, перспективы // Известия
Уральского государственного университета. 2002. С. 53–61.
Дергачева М.И., Рябова Н.Н. Эколого-гумусовые связи горных стран юга Сибири
// Вестник Томского гос. ун-та, 2005, 15. С. 68–71.
Дергачева М.И., Ковалева Е.И., Рябова Н.Н. Гумус почв Горного Алтая // Почвоведение. 2007. № 12. С.1–6.
Дергачева М.И. Экология почв: становление новой науки биосферного класса //
Сибирский экологический журнал. 2009. №2. С.143–150
Добровольский Г.В, Никитин Е.Д. Экологические функции почв. М.: МГУ, 1986. 137 с.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.:
Наука, 1990. 270 с.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Сохранение почв как незаменимого компонента биосферы, М.: Наука, 2000. 185 с.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. М.: МГУ–Наука, 2006. 364 с.
Докучаев В.В. Избранные сочинения. М.,1948–1949.
Иенни Г. Факторы почвообразования. М.: ИЛ, 1948. 345 с.
Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. М.: ГЕОС, 2005. 334 с.
Ляпунов А.А., Титлянова А.А. О некоторых вопросах кодирования и передачи информации в управляющих системах живой природы. Новосибирск, 1971. С. 99–188.
Прасолов Л.И. Генезис, география и картография почв. М., 1978.
Реймерс Н.Ф., Яблоков А.В. Словарь терминов и понятий, связанных с охраной
живой природы. М.: Наука, 1982. 144 с.
Соколов И.А. Теоретические проблемы генетического почвоведения, Новосибирск, 1993. 231 с.
Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Н.В. Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья.
М., 1996. 368 с.
124
КОЭВОЛЮЦИОННОЕ НОРМИРОВАНИЕ БАЛАНСА
БИОТИЧЕСКИХ, АБИОТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
АГРОЛАНДШАФТОВ
Зайцев В.Н., к.б.н.
Институт биологического приборостроения РАН, г. Пущино
Значительное место в развитии учения о биосфере, исследованию
космической, планетарной роли почвы в биогеохимических циклах биосферы, выявлении ее экологических, санитарных, биопродуктивных функций, биогеоценотической основы плодородия в агроландшафтах принадлежит научным трудам профессора А.Н. Тюрюканова (1970, 2001).
В учении о биосфере центральной является выработка антропогенным
сообществом технологических подходов эксплуатации агроландшафтов
при условиях возобновляемости биогеохимических ресурсов на уровне
региональных массо-, энергообменов. Вместе с тем, их вовлечение в антропогенное технологическое производство сопровождается: уничтожением лесов, осушением болот, неумеренной распашкой территорий, созданием водохранилищ, загрязнением вод, почв, атмосферы продуктами
хозяйственной деятельности, избыточным внесением удобрений, эрозией почв, деградацией почвенного плодородия.
Цель работы: актуализировать необходимость коэволюционного
нормирования при антропогенной, сельскохозяйственной деятельности
для сохранения баланса в функционировании биотических, абиотических процессов, что, как, предполагается, обусловит в рамках региональной
обеспеченности ресурсами воспроизводство, развитие, экологическую
устойчивость агроландшафтов; продемонстрировать целесообразность
структурирования фациально расчлененного эрозиями, галогеохимическими барьерами рельефа (агроландшафта) при критических уровнях
почвенно-экологических кризисов, вследствие антропогенного, геохимического седиментогенеза в сточных бассейнах (на примере дна Аральского моря) визуализацией морфодинамических потоковых структур на
основе метода пластики рельефа.
Обзор проблемы, обсуждение. Сложность структурно-функциональных связей в агроэкосистеме обусловливает необходимость рассматривать агроландшафт во всей его биосферно-биогеоценотической
совокупности: и как элемент почвенно-динамической системы; и как
фрактальную неоднородность во всем структурно и функционально неоднородном пространстве биологического разнообразия. Нарушение баланса биотических, абиотических процессов в промышленно-городском,
земледельческом ландшафтах вызвано ресурсными ограничениями, что
125
ведет к появлению признаков экологических кризисов. В геохимическом
отношении коэволюционный баланс не изучен, но предполагается, что
геохимия, имея базу для научной разработки ноосферных технологий,
позволит «встраивать» промышленное, аграрное производство в естественную структуру материально-энергетических потоков согласно принятой концепции устойчивого развития биосферы (Зайцев, 2008). Необходимость формирования уровней коэволюционного нормирования
антропогенно-технологических потребностей в природных ресурсах с
возможностями регионального экологически сбалансированного их воспроизводства в конкретных биогеоценотических условиях биогеохимически становится очевидной.
Фундаментально наблюдение А.Н. Тюрюканова (2001) о мозаичности биосферы по структуре, составу, а это отражается в геохимической, геофизической неоднородности Земли (океаны, озера,
горы, пустыни, равнины), демонстрирует неравномерность в распределении живого вещества. Признание этого факта, однако, никак не повлияло на разработку фундаментальных пониманий роли
неоднородностей применительно к организмам, выявлении механизмов природной целесообразности в такой неоднородности, в дифференцированных взаимосвязях по биоразнообразию, в проявлениях
взаимодействий биокосной, косной материи. Но в последнее время,
ставится вопрос, что факторы среды являются ведущими не только в
определении форм нефизических тел, но также обусловливают зависимость биоразнообразия от среды (Зайцев, Песочина, 2008). В рамках этих представлений причины разнообразия структурных форм,
функций в объектах живой, неживой природы, обусловливающих их
различие (специфику) в биогеогеоценозах физико-географических
регионов трактуются либо как результат синергетического влияния
факторов среды на тела, либо как следствие эволюции. Разнообразие
форм предметов, тел и образование новых обусловлено комплексным
воздействием экологических (свет, температура, влажность воздуха,
тип почвенного покрова и др.) условий, физических факторов (физико-геграфическая, локальная напряженность электромагнитных,
геофизических полей Земли) на физические, биологические тела.
Одна из разновидностей природного разнообразия – биоразнообразие организмов отражает генетическую специфику, обусловливает формообразовательную их приуроченность к такому комплексному явлению как геобиоклиматическая дифференциация условий
жизни для организмов. Такое наблюдение инициировало разработку
представления о градиентности (неоднородности) природы (Зайцев,
1998) в том, что основу наблюдаемого мира составляют материально126
пространственные и функциональные (факторные) неоднородности,
которые находятся в непрерывном синергетическом взаимодействии.
Сущность такого взаимодействия состоит в том, что пространственно
неоднородные физические тела (структурные градиенты) подвергаются воздействию функциональных неоднородностей (градиентов) физико-химических факторов среды, результатом чего является преобразование одного вида энергии в другой, что неизбежно сопровождается
формированием новых структур. Явление неоднородности природы
фактически указывает на единственно достаточное условие, необходимое для преобразования одного вида энергии в другой. Такие преобразования имеют место, как в неживой, так и в биологической среде.
В то время как для косных тел важным является структурно-пространственная неоднородность распределения, например, массы, то
для биокосных и биологических структур в процессе эволюции были
выработаны специфические механизмы преобразования энергии. Так,
в биокосных системах и при фотосинтезе необходимо пространственно-структурное разделение положительных, отрицательных зарядов с
полным исключением возможности их рекомбинации. В биологических объектах подтверждено, что внешний облик физиолого-биохимическая, структурно-морфологическая конституция являются результатом эволюционного, онтогенетического воздействия пространственно
неоднородных функциональных факторов (градиентов) среды и отражается это в формах, типах структурных морфологических компонентов тела (Зайцев, 1998; 2001). Существующие модели биоразнообразия
не позволяют объяснить причины биогеографической дифференциации влияния факторов среды на образование форм биологических тел.
Это, вероятно, обусловлено тем, что модели являются преимущественно статическими, учитывают лишь взаимодействия между телами
и силами (факторами) в пространственно однородной среде. Эволюционная адаптация организмов к биоклиматической дифференциации экологических условий способствовала формированию изобилия
структурных объемов биологических тел, функциональную специализацию органов, а также структурно-молекулярные (геном, хромосомы
и др.) механизмы, наиболее полно использующие условия среды для
жизнедеятельности. В общем, природное разнообразие можно представить как совокупность непрерывно воздействующих на организмы
функциональных (силовых) неоднородностей – волновых градиентов
климатических, геофизических факторов (Зайцев, 2003). Очевидно,
что разнообразие природы представляется структурным своеобразием,
в виде форм физических (минералы, горные породы, речные долины,
типы почв), а также форм биологических тел (многочисленные пред127
ставители семейств, родов, групп и других разновидностей биосферы).
Георазнообразие форм физических тел, биоразнообразие организмов
являются соответственно статично представляемыми структурами: 1)
морфогеологической памятью для физических тел; 2) морфобиологической памятью для биологических тел. Со временем эти структурные
формы подвергаются непрерывной объемной трансформации. Поэтому, формы физических, биологических тел – это структурная память,
в которой отражается совокупность геобиоклиматической неоднородности, формирующая экологическое биоразнообразие, геофизическое
разнообразие. Сформированное в процессе эволюции биоразнообразие
организмов в биогеоценозах как раз и обеспечивает их устойчивость за
счет оптимизации биогеохимического энерго-, массообмена, баланса
между биотическими, абиотическими процессами. Биогеохимическая
платформа учения о биосфере свидетельствует, что биогеохимические
сопряженности – это физико-химические элементы коэволюционного
согласования антропогенного потребления (изъятие сельскохозяйственных, минеральных ресурсов из геохимического глобального или
регионального оборота, в частности, из агроландшафтов) и скоростей
восстановления жизненных ресурсов в физико-географических зонах.
Повышение устойчивости агроландшафтов связано с синергетическим
инициированием эволюции биологических систем в рамках взаимодействия триады «вещество–энергия–информация» при комплексном
учете почвенных фаций не в статических состояниях, а системологически в виде морфодинамической потоковой структуры (каркаса).
Визуализация динамических состояний почвенных структурных отдельностей в плане морфодинамического каркаса становится
возможной на основе метода пластики рельефа. Длительная эволюция стоковой направленности, разветвленности почвенных потоков
(Винокуров, 2007), например, на потоковой карте Владимирского
Ополья отражает сочетание луговин с залесенными участками, что
и является реализацией биосферного уровня структурной организации агроландшафта. Сочетание восстанавливаемых лугов, лесных
массивов воссоздает мозаичную структуру агроландшафтов ополий
(где, ополья – биогеоценотическая основа психофизиологических
формирований этнических особенностей коренных этносов по гипотезе А.Н. Тюрюканова) повышает устойчивость агроэкосистем, увеличивает продуктивность.
Другой пример – внедрение черных паров в севообороте также
оказывает положительное воздействие на устойчивость, продуктивность, сохранение плодородия. И. Ю. Винокуровым (2007; таблица)
показана связь оптимизации константы скорости нитрификации с
128
Условия формирования, контроля экологической продуктивности агроландшафтов в биогеоценотическом земледелии
Принцип
устойчивости
Формирование
устойчивости
Авторы,
ссылка
1.Ландшафтный
оптимальное соотношение основных
элементов ландшафта
– леса, луга,зеркала
вод и пашни
В.В. Докучаев, В.
И. Вернадский,
В.Н. Сукачев и др.
(Тюрюканов, 2001;
Винокуров, 2006).
2. Залежная система
земледелия
естественные механизмы восстановления
(нормальной зернистой структуры) биопродуктивности почв
В.В. Докучаев,
В.И. Вернадский,
В.Н. Сукачев и др.
(Тюрюканов, 2001),
3. Черные пары
прекращение возделывания сельскохозяйственных культур с
режимом культивационного рыхления
А.Н. Тюрюканов, 2001;
Винокуров, 2006.
Методы повышения почвенного плодородия
4. Минералогические
добавка минеральных
удобрений
5. Биологические
повышение доли
органической части в
пахотном горизонте
6. Черные пары
прекращение возделывания сельскохозяйственных культур с
режимом культивационного рыхления.
7. Физические
Д.Н. Прянишников
(Петербургский,
1955–1990)
В.В.Докучаев,
В.И. Вернадский,
В.Н. Сукачев и др.
(Тюрюканов, 2001)
(Тюрюканов, 2001;
Винокуров, 2006)
Мальцев, Моргун,
Бараев и др.
щадящая вспашка, безотвальная вспашка.
129
Методы определения эколого-биоценотической продуктивности агроландшафтов
8. Физиологические
– баланс биотических,
абиотических процессов
Контроль соотношенияфотосинтеза
и дыхания почвы в
агроценозе.
9. Биогеохимические
Контроль элементов
в биогеохимических
потоках.
10. Галогеохимический
–картографический
Контроль галогеохимических аккумулятивных выносов по картам
пластики галогеохимических наносов.
11. Картографический
–почвенно-динамический
Структурирование
расчлененных эрозией,
мелиорациями, геохимическими барьерами
фаций рельефа методом пластики рельефа
в морфо-древовидный
потоковый каркас.
12. Инструментальный
– регистрация энергии
солнечного излучения,
потенциально пригодной для фотосинтеза,
продуктивности.
Измерение потенциальной энергии
солнечного излучения
прибором, имеющим
спектральную чувствительность близкую
к универсальному
спектру действия фотосинтеза.
(Зайцев, 2008)
(А.Н. Тюрюканов,
2001; Савенко, 2003)
(Степанов и др., 1970,
1977; Хакимов, Орешкин и др.,1987; Степанов, Степанова,1995;
Лошакова, Хакимов и
др. 1991)
(Степанов, Баранов,
Степанова, 2010; Зайцев, 2011)
(Свентицкий, Королев,
Мудрик, 2010)
улучшением энергоэкономности, которая, в свою очередь, способствует увеличению продуктивности агроэкосистемы. Черные пары повышают продуктивность агроэкосистем, вероятно, через активизацию
биоценотических, биогеохимических сопряженностей в системе «ценоз – биокосная почва». Естественное или принудительное согласование динамических, структурно-функциональных процессов баланса
биотических, абиотических компонентов в агроландшафте демонстрирует аналогию между отходами техногенного круговорота и выделением живыми организмами в окружающую среду экзометаболитов, которые не могут использоваться без циклического их сопряжения между
130
продуцентами, консументами, редуцентами. Антропогенная хозяйственная деятельность представляется как разновидность метаболизма,
но уже техногенного.
Важное место в выработке коэволюционного нормирования необходимо отводить разработке критериев и методов оценок устойчивого состояния, плодородия агроландшафтов (см. табл.). Так, использование в качестве критериев методов регистрации геохимических
компонентов в пределах геохимических циклов увеличивает информационную инерционность динамических характеристик модельной
системы, усложняет методическую, экспериментальную привязку их
к конкретным биогеоценозам. Поэтому, методическая громоздкость
выявления геохимических потоков в пределах биосферы обусловливает необходимость поиска более простых подходов для оценки соотношения функциональной активности биотических, абиотических
процессов, например, в системе «почва–агроценоз».
Почва – базовый структурно-функциональный компонент системы
преобразования, депонирования энергии излучения Солнца в “аэро-агроцено-почвенной” системе. Особенность оценок в этой системе – сочетание регистрации параметров агрохимических элементов с ролью неопределенных функциональных воздействий в действии энергетических
(световых, тепловых и др.) факторов. Очевидно, что почва выполняет не
только пассивную роль временного накопителя влаги, а также концентратора биофильных, ферментных, гумусовых элементов. Существует представление, что эти абиогенные структурные отдельности в почвенном
профиле под влиянием функциональных механизмов преобразования
энергии (педолюминесценция) можно объединить в виде “педоэнергетического тела” (Зайцев, 2001). Кроме того, почва является активным участником в короткопериодических (сток, эмиссия газовых компонентов,
почвенно-ризосферный метаболизм) и длиннопериодических (синтез,
распад гумуса и др.) колебательных процессах. Известно, что для биологических систем характерно зависимое от среды периодическое, колебательное изменение различных параметров. Продолжительность этих
колебаний может быть связана с периодическими изменениями физикохимических условий жизни на Земле – смена времен года, смена дня и
ночи. В наших экспериментах (Зайцев, 2007; 2008) были зарегистрированы колебания содержания СО2 в течение светового периода в открытом
и под камерой агроценозах ярового ячменя и в лабораторных условиях
в камере. Колебательные изменения, были обусловлены периодической
сменой направленности газовых потоков с увеличения интенсивности
ассимиляции СО2 на ее снижение, вероятно, вследствие расхода пула
эндогенных акцепторов диоксида. В эти моменты, активизируются про131
цессы дыхательного метаболизма в прикорневых зонах в совокупности
с активизацией почвенных ферментов и микробов. Комплексным измерением СО2 и О2 выявлен автоколебательный цикл (120–130 мин.) последовательной смены преобладающего процесса фотосинтеза (40 мин.)
над дыханием, который переходит в их равенство (15 мин.), а затем интенсивность дыхания преобладает над фотосинтезом (15–20 мин.). За
световой период (14–15 час.) максимумы содержания диоксида в открытом агроценозе соответствуют последней фазе автоколебательного
цикла и отражают, преимущественно, абиотический процесс. Выявление
тренда колебательности фотосинтеза (фототрофы), дыхания (прикорневая зона, почвенные микробоценозы, гумусо-ферментные абиотические
парцеллы) позволяет вычленить динамику соответственно биотического
или абиотического процессов (см. табл.). Баланс биотических (фотосинтез), абиотических (дыхание почвы) процессов отражает эффективность
утилизации энергетических эквивалентов, а, следовательно, может быть
критерием экологической устойчивости агроценоза, обеспеченности влагой, элементами питания, почвенным плодородием.
Не менее важным параметром устойчивости агроландшафта является содержание основного компонента почвенного плодородия в почве, которое связано с гумусообразованием, распадом гумуса. Почвенное
плодородие основывается на хемокинетической теории гумификации
(Орлов и др., 1996), где динамика преобразования органических остатков в гумус определяется концентрацией реагирующих компонентов:
влажности, температуры, реакцией почвенного раствора, окислительновосстановительным потенциалом. Вместе с тем, вне внимания остается
то, что химические, биохимические, микробиологические компоненты
являются лишь необходимыми «механическими» включениями, которых абсолютно недостаточно, чтобы понимать механизмы формирования, распада гумуса, его связей с почвенным плодородием. Согласно концепции геохимической энергии жизни почвы, являющейся компонентой
общепланетарной структурной оболочки – биосферы (Ковда, 1983),
скорость формирования гумусного слоя есть функция частоты смены
жизненных циклов. С другой стороны, общепринято представление, что
основные преобразования и утилизация энергии осуществляются при
функционировании жизнедеятельности индивидуального организма
(фототрофы, термотрофы и др.), а сущность абиогенного механизма связывают преимущественно с хемокаталитическими процессами. В связи с
этим, режим так называемой «биологической» сорбции нитратов (Винокуров, 2007) отражает функционирование механизмов внутрипочвенного массо-, энергетического обмена между микробоценозами и ферментно-биологическими внеклеточными донорно-акцепторными системами,
132
локализованными на структурах почвенного поглощающего комплекса.
Вероятно, это один из функциональных этапов почвенно-биохимических
механизмов преобразования энергии, переводящих пахотный горизонт
из режима истощения в состояние готовности к биопродуцированию.
В экспериментальных спектральных исследованиях (Зайцев, 2001)
показано возможное участие почвенно-структурных отдельностей с
адсорбированными на них компонентами внеклеточных электронтранспортных цепей биохимических соединений из редуцированных
клеток растений, микроорганизмов в механизме внутрипочвенного преобразования энергии. Очевидно, что окисление органических соединений сопровождается генерацией энергии электронного возбуждения,
деградирующей излучение (люминесценция) в красной и ближней инфракрасной областях спектра. В целом, почвенный профиль, представлен
совокупностью: структурных – мицеллярно-биохимических отдельностей, включающих педовакуоли, педомембраны с электрон-транспортными цепями, и функциональных – энергетических неоднородностей
(энергии возбуждения излучений в красной и ближней инфракрасной
области спектра), где и осуществляется массобмен органическими, неорганическими ионами, окисление органического вещества (Зайцев, Песочина 2001).
Фундаментальное обобщение А.Н. Тюрюканова (2001, с. 139) о
«равновесном состоянии биогеоценозов в природе, достигаемом за
счет оптимизации круговорота вещества и потоков энергии, где основным управляющим механизмом стабилизации биогеоценотического
процесса является сама почва», безусловно основополагающее для повышения устойчивости, почвенного плодородия агроландшафтов. Показательно активное участие А.Н. Тюрюканова (см. табл.) в разработке
схем и поиска оптимальных условий формирования устойчивого баланса биотических, абиотических процессов, эффективного использования, восстановления биологических ресурсов при хозяйствовании
на биогеоценотической основе.
Коэволюция сообщества и природы реализуется соотношениями
биогенных, производственных потребностей и биогенно-абиогенных
возможностей биосферы по предоставлению биологических ресурсов
для экологически устойчивого развития. Вместе с тем, социально-идеологические, политические, духовно-религиозные традиции накладывают
эколого-ресурсные ограничения в развитии цивилизационно-этнического уклада. Например, биогеоценотическая ограниченность местного
воспроизводства жизненных ресурсов, в частности продуктов питания,
водных, энергетических ресурсов, вступает в противоречие с нормами,
объемами их экологически согласованного потребления. Во многом это
133
обусловлено низким уровнем технологического развития, которое находится в противоречии с необходимостью экологически сбалансированного воспроизводства жизненных ресурсов. Увеличение техногенной,
популяционной нагрузки изменяет среду, нарушает энергомассообмен
между организмами в аккумулятивно-гумусовом горизонте биокосной
системы – почве. В почве замыкается круговорот биосферных процессов в результате взаимного превращения органических и минеральных
форм. Научно обоснованный выход из экологически сложной ситуации
по кризисному падению почвенного плодородия сформулирован в биогеоценотической концепции учеником В.В. Докучаева В.И. Вернадским
в разработанном им биогеохимическом принципе (см. табл.).
Эксплуатация рельефа должна осуществляться на основе биосферно-биогеценотического учения о почвенном рельефе как целостной системе, включенной в механизм круговорота вещества и энергии. Усложнение ландшафтной дифференциации, например, расчленением рельефа
при обосновании водных мелиораций, позволяет по системной методологии обеспечить выбор основных предпосылок, позволяющих моделировать процессы формирования агроландшафта, выявить системное
действие факторов и физических процессов. Изменения агроландшафта
протекают вблизи поверхности, при колебаниях параметров напряженности гравитационного поля Земли, так, что в целом взаимовлияние
структурных и функциональных неоднородностей (градиентов), обуславливает формирование уровней воздействующих факторов среды на
биосферу, почвенный покров (Зайцев, 2008). Это проявляется в неодинаковой освещенности рельефа, раздичиях в климате, варьировании
уровней элементов минерального питания, воздействий антропогенного
фактора, а также в структуре, зрелости почвы и подстилающих пород.
Особенность мозаичной неоднородности заключается в том, что структуры и тела представляются как окончательный (статичный) результат
динамического воздействия факторов среды за продолжительные времена на компоненты биогеоценозов и описываются методами фрактальной
геометрии, но не учитываются как фрактальные особенности или как
интегральные свойства агроландшафтов. Вместе с тем, учение о биогеоценологии предполагает наличие и включение биологической фрактальности в природные технологии формирования жизни, живых существ
и биокосных тел. Примером может быть фрактальная неоднородность
биологических структур, которые в своей окончательной совокупности
формируют фрактальное разнообразие внешнего облика (морфологическая фрактальность) биологических тел – биоразнообразие, разнообразие биокосных почвенных тел.
Эволюция живого вещества осуществляется при взаимодействии со
134
средой по энергетическому и структурному каналам (Пузаченко, 2009),
где структура представлена структурно-морфологической памятью биологических, биокосных тел, различие которых обусловлено варьрованием параметров колебательной адаптивности. Очевидно, что типы почв
и формы древовидности почвенно-динамических структур обусловливают разнообразие биокосных тел (почв). Это, вероятно, относится и к
формированию биогеоценозов (биосферы), включающих биокосную
среду, галогеохимические миграции антропогенных солевых потоков
в аккумулятивные аттракторы, а также выявленные методом пластики
рельефа древовидно-динамичные почвенные структуры (Степанов и др.,
2009). В данном случае, очевидно проявление аналогии между стадиями типов почвенного формообразования и процессами в биологической
эволюции, где происходит чередование конвергентных (сходственность,
сходимость) и дивергентных (расходимость, расхождение) этапов.
Известно, что при конвергентной стадии эволюции свойства живых объектов становятся одинаковыми (стадия образования единого
генетического кода и формирование вида). При этом численность нового вида возрастает экспоненциально, а затем этот рост прекращается.
Аналогичную, но вместе с тем и более усложненную схему построения
изоморф (состоящую уже из 3-х стадий) почвенно-древовидных тел
можно наблюдать при визуализации рельефа методом пластики составных (сложных) рельефов, а также более монокультурных по видовому
составу – агроэкосистем (агроландшафтов). Сравнение стадий биологической эволюции свидетельствует, что для эволюции почвенных типов
характерна обратная стадийность, когда самой конечной является стадия сходимости – конвергентности (аттрактор). Для второй стадии характерна дивергенция – расходимость (бифуркация), а первая, начальная
стадия представлена динамическим стоком почвенного вещества (под
действием гравитационно-эрозионных сил) с гребневых (возвышенных)
мест рельефа – (репеллер) к более низменным местоположениям – аттракторным.
Если в биологической эволюции важным фактором является естественный отбор, то основным фактором типов почвообразования становится уже комплексное воздействие геохимических, геофизических сопряженностей биосферы с литосферой (Зайцев, Степанов, 2010). Можно
предполагать, что такая направленность связана с солнечно-земными
механизмами преобразования энергии, которые сформировались за
длительную эволюцию Земли. Закономерные совмещения типов смены
палеобиосфер связаны как с геохимической, гравитационной дифференциацией вещества Земли, так и с формированием эволюционно более
совершенных механизмов преобразования космической и солнечной
135
энергий планетарными оболочками. При посредстве этих механизмов
осуществляется преобразование солнечной энергии расчлененными по
рельефам почвенными покровами для поликонденсирования потоковых
геохимических соединений, которые мигрируют, сносятся через бассейны бактериальных эвапоритовых экосистем (Аральский, ПриволжскоКаспийский регионы). Такая энергетическая «подпитка», в конечном
счете, является движущим механизмом трансформации (поликонденсации) биогеохимических компонентов в высокомолекулярные, поликонденсированные соединения в направлении стока в системе «репеллер →
бифуркат → аттрактор» (рисунок).
Инструментальным методом оценки потенциальной продуктивности агроценозов, наиболее близким к биологическим, является метод регистрации энергии солнечного излучения, которая потенциально
пригодна для инициации фотосинтеза (см. табл. 1). Однако, принцип
физического моделирования путем аналогового согласования данных,
полученных на основе регистрации усредненной спектральной чувствительности фотосинтеза листа растения (Свентицкий и др., 2010) для
корригирования спектральной чувствительности прибора с целью ее
сходности со спектрами действия фотосинтеза фототрофов не учитывает параметры адаптивности растений в агроландшафте. Поэтому, в связи
с наличием биотической, абиотической колебательности фотосинтеза и
дыхания почвы в агроценозе такая инструментальная оценка потенциальной продуктивности агроландшафтов возможна с учетом коррекции
по параметру адаптивности.
Заключение. Таким образом, показана целесообразность коэволюционного нормирования антропогенно-технологических потребностей в
природных ресурсах с возможностями регионального экологически сбалансированного их воспроизводства в конкретных биогеоценотических
условиях. Структурирование методами картографической визуализации
фаций агроландшафтов, рельефов облегчает процесс моделирования и
выявляет системную роль топографических, климатических, антропогенных, геологических факторов-предпосылок в установлении баланса
биотических и абиотических процессов при коэволюционном нормировании и биоценотическом восстановлении почвенного плодородия (см.
табл.). Реализация такого подхода позволяет объединить расчлененные
рельефы в единое (системное) почвенно-динамическое тело, функциональным отражением которых является биосферные биогеохимические
циклы взаимообмена вещества и энергии в системе «ценозы–почва–атмосфера».
Оценка и методы контроля коэволюционного нормирования биотических, абиотических, антропогенных процессов в региональных био136
геоценозах можно осуществить методом морфодинамического картирования почвенно-геологических потоковых структур (тел) на основе
пластики рельефа (Степанов, 2006; Зайцев, Степанов, 2010). Он позволяет, например, оценить степень антропогенного загрязнения (галогеохимического) и структурные особенности дна Аральского моря солями, в
том числе и по тяжелым металлам. Так, распределение солей и металлов
по конусам выноса с водными массами соответствует структурно-морфологическому строению дна Аральского моря, как это прослеживается на карте пластики рельефа (см. рисунок). Последовательные зоны
осадконакопления (А, Б) характеризуются определенным сочетанием
повышений и понижений. В юго-восточной, южной частях геометрический рисунок поверхности дна относится к дельтовым образованиям, но в
юго-восточной части (В) нет той «полосчатости», которая проявляется
на востоке (Б) и юге (Г). Так, область пониженных концентраций кадмия
находится в прибрежной юго-восточной части моря (В), не подверженной непосредственному влиянию потоков Сырдарьи и Амударьи. Естественность пластики рельефа обусловлена тем, что морфоизографой вычленяются не просто выпуклости от вогнутостей, а осуществляется это
в плане каскадно геодинамического понижения почвенных морфодинамических структурных поверхностей (фаций). В этом смысле, морфоизографа не просто проходит по точкам перегиба изогипс, а пересекает по
точкам перегиба площади горизонтальной поясной кривизны и спускается по точкам перегиба вертикальной профильности местного ландшафта
последовательно, начиная от самых высоких (репеллерных) условно горизонтальных фаций (катен) вертикального профиля до самых нижних
горизонтальных поверхностей. Такая картографическая визуализация
Структуры дна Аральского моря, сочетание их со схемой галогеохимического
осадконакопления: А – ассиметричные слабоизрезанные, полосчатые; В
– мелко-изрезанные; Б – сильнополосчатые; Г – полосчатые; Д – в Малом
море из-за отсутствия впадающих рек не наблюдается дельтовых наносных
структур; стрелки – направления дифференциации осадков
137
объединяет в систему естественную картину почвенно-морфодинамических разностей и переходов от репеллерных ландшафтных фаций к все
более пониженным – аттракторным.
Литература
Винокуров И.Ю. Эволюция почвенных систем. М.: ЮРКНИГА, 2007. 320 с.
Зайцев В.Н. Волновые градиенты климатических факторов – индукторы биологических процессов адаптации // Биологические ресурсы и устойчивое развитие. М.:
Изд.: ПИЛ-Природа, 2003. С. 75–77.
Зайцев В.Н. К принципиальной сущности механизма преобразования энергии //
Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования. Т.II. М.: РУДН,
2001. С. 468–470.
Зайцев В.Н. Колебательность биотических, абиотических процессов в агроценозе
ячменя как критерий экологической устойчивости // Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря и водоемов внутреннего стока. Астрахань: Изд. Дом
«Астраханский университет», 2008. С. 22–24.
Зайцев В.Н. Концепция экзо-, эндобиологических градиентов жизнедеятельности
организмов // II-й Всероссийский съезд фотобиологов России. 1998. С. 34–37.
Зайцев В.Н. Свет – экофизиологический триггер автоколебания направленности
потоков «эмиссии-стока» диоксида углерода в ценозах // Эмиссия и сток парниковых
газов на территории Северной Евразии. Пущино, 2007. С. 33–34.
Зайцев В.Н., Песочина Л.С. Биоразнообразие как структурно-морфологическая
память синергетического воздействия факторов среды // Проблемы синергетики и
коэволюции геосфер. 2008. С. 228–231.
Зайцев В.Н., Песочина Л.С. Педолюминесценция в структурных градиентах почвенного профиля // Международная конференция по люминесценции, посвященная
110-летию со дня рождения Н.И.Вавилова. М., 2001. С. 198.
Зайцев В.Н., Степанов И.Н. Изоморфизм почвенных тел как отражение геофизических, геохимических сопряженностей биосферы с литосферой // Отражение био-,
гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове. Т.3. Томск, 2010.
С. 78–82.
Зайцев В.Н., Степанов И.Н. Коэволюционное нормирование потребностей развития с экологическими возможностями их воспроизводства // Тр. Всероссийской научно-практической конференции «Экология: синтез естественнонаучного, технического
и гуманитарного знания. Саратов, 2010. С. 33–37.
Ковда В.А. Основы учения о почвах. М.: Наука, 1983.
Орешкин В.Н., Лошакова Н.А., Хаитов И.Г. Структурно-геохимические аспекты
распределения тяжелых металлов в донных осадках Аральского моря // Метод пластики рельефа в тематическом картографировании. Пущино, 1987. С. 144–155.
Орлов Д.С. , Бирюкова О.Н., Суханова Л.О. Органическое вещество почв Российской федерации. М: Наука, 1996. 266 с.
138
Пузаченко Ю.Г. Биологическое разнообразие в биосфере: системологический и
семантический анализ // Биосфера. Т.1, №1. С.25–38.
Свентицкий И.И., Королев В.А., Мудрик В.А. Оптимальное управление в аграрном производстве и природопользовании на самоорганизационной основе // Математические модели и информационные технологии в сельскохозяйственной биологии:
итоги и перспективы. СПб, 2010. С. 40–43.
Степанов И.Н. Галогеохимическая концепция нормализации экологической обстановки Аральского региона // Геометрия структур земной поверхности. Пущино,
1991. C. 98–24.
Степанов И.Н. Теория пластики рельефа и новые тематические карты. М.: Наука,
2006. 230 с.
Степанов И.Н., Степанова В.И., Баранов И.П., Винокуров И. Ю. Потоки карт пластики рельефа – физико-математические экологические системы // Изв. Самарского
научного центра РАН. 2009. Т. 11, № 1(7). С.1609–1616.
Степанов И.Н. Пространство и время в науке о почвах. М.: Наука, 2003. 184 с.
Тюрюканов А.Н. Избранные труды. М.: РЭФИА, 2001. С. 136–137.
Тюрюканов А.Н. Некоторые аспекты учения о биосфере и биогеоценозах. ж. Научные доклады высшей школы. Биологические науки. 1970. № 4. С. 46–52.
УГЛЕРОДНЫЙ ПРОФИЛЬ ЧЕРНОЗЕМОВ: ИСТОРИЯ,
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ, РОЛЬ В ПЛОДОРОДИИ
И.В. Иванов, д.г.н., профессор
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
В геохимии и формировании черноземов как типа почв ведущая
роль принадлежит соединениям углерода – гумусу и углекислым солям (карбонатам), главным образом, CaCO3. Различают частные профили черноземов – гумусовый и карбонатный.
История углеродного профиля. В предыстории и в начале формирования черноземов эти вещества имели существенно различные
источники и были мало связаны друг с другом. Карбонаты были унаследованы от лессов и лессовидных почвообразующих пород, являлись
аллохтонными с преобладающим временем возникновения 10–20 тыс.
лет назад. Содержание в них гумуса было незначительным (0,3–0,5 %
Сорг). Можно предположить, что исходные запасы карбонатов в породах различались не очень значительно. В настоящее время запасы Скарб
в трехметровой толще, согласно расчетам М.А. Глазовской (2009), составляют в лесостепной зоне (Чоп,Чв,Чт) 27–35 кг/м2 , в степной зоне
(Чо,Чю) – 51 кг/м2. По ориентировочным данным И.И. Лебедевой и
139
С.В. Овечкина (2003), эти запасы представлены инертными и мобилизованными, подвергавшимися миграции и пересегрегации, формами.
При этом запасы Скарб инертных форм у разных подтипов черноземов
примерно одинаковы.
История гумусового профиля. Запасы гумуса формировались
вместе с почвообразованием и, в общем, нарастали во времени. Об
этом свидетельствуют достоверные данные о росте мощности гумусовых горизонтов (А1+А1В+ВА) за последние 5000 лет.
В бореальном и атлантическом периодах голоцена (10–4,5 тыс.
лет назад, здесь и далее некалиброванные даты) увеличение мощности гумусового профиля происходило медленно (от 20–30 до 60–70 %
от современной, средняя скорость +0,73 %/100лет). Самым интенсивным оно было в интервале времени 4/3,7–2,5 тыс. лет назад (суббореал), когда была достигнута его современная мощность, со скоростью
2,0 %/100 лет. При современной мощности гумусового горизонта в
100 см процентные величины соответствуют приросту в см. Общую
причину увеличения мощности гумусового горизонта в суббореале
Изменение свойств почв в трансекте Курск–Сиваш за 3,5 тыс. лет
140
можно видеть в периодически происходивших похолоданиях климата, приводивших к росту коэффициента увлажнения.
Последние 2500 лет (субатлантический период) мощность гумусового горизонта оставалась относительно постоянной, происходило
насыщение нижней половины гумусового профиля гумусом. Стабильность мощности горизонта свидетельствует о его относительном
равновесии с условиями среды (квазиравновесное состояние).
На фоне этого тренда наблюдались более кратковременные колебания мощности: трещинная деградация гумусового горизонта
3700–4200 и 5000–6000 лет назад с образованием крио-ксеротрещин, с
засыпанием в них материала верхнего горизонта и уменьшением мощности. Трещины в дальнейшем начинали работать как зоны миграции
во влажные эпохи и как зоны истирания в эпохи усиления континентальности климата.
Для интервала времени 2500–1000 лет назад отмечено интересное явление: мощность гумусового горизонта погребенных почв в
20 % случаев (при N =45) оказывается большей на 5–15 %, чем у соответствующих им современных фоновых почв. Такого не наблюдается
ни в одном другом хроноинтервале. Возможно, это обусловлено усилением эрозии и дефляции в связи с возраставшими антропогенными
воздействиями за последнее тысячелетие.
Эпохи климатических колебаний находили отражение и в распределении гумуса в почвенном профиле. При улучшении условий гумусообразования (увлажнение, увеличение продукции и биомассы поступающего в почвы свежего органического вещества в различных формах – при
биотурбациях посредством деятельности дождевых червей, при увеличении поступления органического вещества с растворами и т.д.) градиент
падения содержания гумуса с глубиной (в % на дм глубины) уменьшался.
При ухудшении условий гумусообразования градиенты падения гумуса
с глубиной, напротив, увеличивались. На явление изменения величин
градиентов падения гумуса с глубиной ясно указал Д.И. Щеглов (1999).
Зоны различных градиентов широко распространены в черноземном
профиле. Они стабильны на обширных пространствах и особенно хорошо проявляются по усредненным величинам, когда нивелируются случайные изменения Они датируются по радиоуглероду, выявляя эпохи
климатических изменений в прошлом, отражают изменения в гумусовом
профиле при распашке (Иванов и др., 2009, 2010).
Изменялись не только содержание, запасы и распределение гумуса, но и его качественный состав. В частности, максимум гуминовых
кислот в средней части гумусового профиля достоверно сформировался на протяжении субатлантического периода.
141
Развитие гумусового профиля сопровождалось изменением и
всех других признаков почв – агрегированности, биогенности, солевых
профилей, солонцеватости – изменением генетических горизонтов в
целом и классификационного положения почв, трансформацией почв
на месте и таким образом смещением почвенных зон или подзон.
История карбонатного профиля черноземов менее изучена. Повидимому, запасы Скарб в их трехметровом слое оставались стабильными или несколько возрастали на протяжении голоцена. За это время
взаимозависимость между Скарб и Сорг постепенно увеличивалась.
Главный при прочих равных условиях компонент карбонатного равновесия в почвах – содержание углекислого газа в почвенном воздухе
– определяется процессом гумусообразования и деятельностью биоты. Как отмечалось А.И. Перельманом и другими исследователями,
подчеркивалось М.А. Глазовской (2009) и Г.В. Добровольским с соавторами (1999), в растительных тканях в результате фотосинтеза
постоянно образуются карбонаты (вевеллит), в итоге попадающие
в почву. Карбонаты образуются в почве, когда источником Ca служат мортмасса и выветривание минералов; они поступают в почвы
также и с атмосферными выпадениями. Механизм саморазрушения
карбонатов при диссоциации угольной кислоты и карбонатов имеет
ограниченное распространение и масштабы. Нисходящая миграция
Сорг в профиле черноземов, восходяще-нисходящая миграция Скарб
обусловили формирование в средней и нижних его частях значительных карбонатных аккумуляций с содержанием до 10–12 % массы
почвы. Они имеют атмо-биогенно-миграционное происхождение
(Глазовская, 2009).
Карбонатные аккумуляции черноземов на протяжении голоцена
неоднократно пересегрегировались и перемещались в профиле. Доказательством этого служат полное освобождение от карбонатов верхних
полуметра – метра профиля от исходных карбонатов в различных
подтипах черноземов, сезонно-годовая изменчивость глубины вскипания от HCl до 10–30 см, метаморфозы карбонатов по гипсу в нижней части профиля, отмеченные многими исследователями, изменчивость самих форм карбонатов.
Функционирование углеродного профиля. Механизмом эволюции, развития почв служит их функционирование в широком понимании этого термина.
Функционирование гумусового профиля черноземов представлено многими явлениями (поступление органического вещества в почву, его трансформация, минерализация, гумификация и другими).
М.М. Кононова отмечала, что гумус несет черты некоторой устойчи142
вости и инертности. Устойчивость эта имеет статический и динамический характеры. Статическая устойчивость – относительная термодинамическая устойчивость гумуса в условиях своего образования,
динамическая – связана с непрерывно протекающим самообновлением гумуса. Последнее и является важнейшей особенностью функционирования гумусового профиля и системы гумусовых веществ.
Самообновление или регенерация гумуса заключается в замене
фрагментов химических структур гумуса относительно быстрой в его
периферийных частях и значительно более медленной в «ядерной»
части на содержащиеся в почве аналогичные фрагменты трансформированного свежего органического вещества. Замена происходит в
результате деятельности микроорганизмов и, возможно, при каталитических реакциях. Доказательствами процесса служат опыты с радиоактивной меткой, разновозрастность химических фракций гумуса
по 14С-датированию, соображения о взаимопревращениях фракций,
выявление фракций относительно стабильных и лабильных. Самообновление гумуса является важной частью глобального круговорота
углерода в биосфере Земли
Одним из первых (или первым) в отечественном почвоведении
на это явление обратил внимание А.Д. Фокин. Он предположил, что
регенерация химических структур соединений гумуса происходит на
минеральных матрицах. Явление изучалось в дальнейшем А.Е. Черкинским и другими исследователями (Черкинский и др., 1988; Иванов и др., 2009).
Нами совместно с Б.М. Когутом и Л.Г. Маркиной (2011) получены новые доказательства по этому вопросу. Сопоставлен фракционно-групповой состав гумуса целинных черноземов и черноземов различной длительности погребения под разновозрастными курганами
и валами (60, 360, 3500 и 4000 лет).
Естественно, что содержание гумуса (Сорг) в погребенных почвах уменьшается с длительностью погребения. Через 4000 лет оно составляет 40 % исходного. Уменьшаются в погребенных черноземах по
сравнению с целинными доли от Сорг и содержания от почвы фракций
(Сфр) фк-1, гк-1, гк-3 в 2 и более раз. Однако содержание и доли фракции фк-1а, считающейся наиболее активной и неустойчивой, в погребенных почвах возрастает как в абсолютных, так и относительных
величинах в два раза. В неё и, частично во фракцию фк-2, переходят соединения названных выше фракций. Содержание её является динамически равновесным, пополняясь за счет разрушения других фракций.
Содержание фракции гк-2 от почвы уменьшается вместе с Сорг,
но её доля от гумуса в погребенных почвах по сравнению с целин143
ным возрастает на 30 % и остается в погребенных почвах постоянной
(57 %, в целинных почвах – 43 %). Фракция гк-2 оказывается наиболее устойчивой среди всех фракций как в статическом, так и в динамическом отношениях. Она и регенерируется и медленнее разлагается. Общая величина Сгк:Сфк в погребенных и целинных почвах
остается почти неизменной (3,8–4,3).
Фракция н.о. (негидролизуемый остаток) оказалась неоднородной по составу. В первые сотни лет после погребения она потеряла
около 40 % своего первоначального количества (вероятно, детрит).
В дальнейшем её содержание убывало пропорционально Сорг в погребенной почве, но её доля в составе погребенной почвы оставалась
постоянной (17 %, в целинной почве – 27 %), представляя собой настоящий гумин, то есть органическое вещество, прочно связанное с
минеральной частью (глинистыми минералами).
Высказанные соображения удовлетворительно объясняют изменения группового состава гумуса в распаханных черноземах и помогают понять взаимопревращения фракций, происходящие в почвах.
Функционирование карбонатного профиля черноземов находит отражение в его строении. Верхняя половина или большая часть гумусового горизонта целинных, а также распаханных почв является элювиальной
по карбонатам и не содержит их. Под ним залегает маломощный (первые
десятки см) слой миграционных прожилочных или мицелярных карбонатов, иногда замещающийся слоем с наличием вскипания от HCl при
отсутствии новообразований. В этих слоях происходят наибольшие сезонные или годовые колебания содержаний карбонатов. Под слоем миграционных карбонатов залегает карбонатно-аккумулятивный горизонт
с различными новообразованиями более значительной мощности (до
1 м). Содержание в нем карбонатов всегда более высокое, чем в подстилающих породах, карбонаты полностью или частично пересегрегированы
по сравнению с породой и вторичны по отношению к ней. И, наконец,
в почвообразующей или подстилающей породе карбонаты или сингенетичны породе или были пересегрегированы в период, предшествующий
современному почвообразованию.
Вопрос об обновлении карбонатов и их возрасте решается сложнее, чем для гумуса. Логично считать, что существуют карбонаты «молодые» и «древние». При этом возраст карбонатной массы в целом и
возникновения их форм – не одно и то же. Содержание в карбонатах
14
С и определяемый по ним возраст – явление очень сложное для истолкования. Древняя карбонатная масса, образовавшаяся более, например, 20000 лет назад содержит не более 20 % 14С имевшихся в них
в исходном состоянии, неизвестна и эта величина. Его содержание и,
144
следовательно, «возраст» будут определяться от возраста почвенного
СО2, участвовавшего в пересегрегации карбонатов, от однородности
этого возраста.
Основными отечественными исследователями возраста карбонатов в почвах в настоящее время являются И.В. Ковда и О.С. Хохлова.
Главные выводы из их работ и из опубликованного ими фактического
материала можно представить следующим образом.
Возраст почвенных карбонатов, как и возраст гумуса, увеличивается с глубиной. Возраст почвенных карбонатов обычно на 1–3 тыс.
лет древнее возраста гумуса, находящегося с ними на одной глубине.
Измеренные значения возраста карбонатов в почвах равны 2–12 тыс.
лет. Возраст морфологически «молодых» карбонатных новообразований (налет, выцветы, мицелий) на одних глубинах обычно моложе
возраста морфологически древних карбонатов (белоглазка, журавчики). Возраст белоглазки и журавчиков может быть больше или меньше
возраста общей массы карбонатов в том же горизонте (в зависимости
от степени «инертности» или пересегрегированности этой массы).
Таким образом, обновление карбонатной массы почв, если оно
происходит, является неоднородным по её элементам и на разных
глубинах и в целом оно более медленное по сравнению с обновлением гумуса. «Углеродный профиль черноземов» представлен двумя
относительно самостоятельными частными профилями: гумусовым
и карбонатным, связь между которыми усиливается по мере развития
почв, а также зависит от динамики климатических условий.
Значение гумусового профиля почв, и черноземов в частности,
для плодородия почв в осуществлении биосферных функций хорошо
известно. Известны и мероприятия по поддержанию удовлетворительного гумусового состояния почв, главным из которых является
определенный уровень поступления в почвы свежего органического
вещества. Слабое окарбоначивание подпахотного горизонта оказывает положительное воздействие на пополнение резерва кальция в гумусовом горизонте черноземов.
Природа одарила земледельца определенной устойчивостью гумуса. Однако устойчивость эта не беспредельна. Она требует от нас
дальнейшего познания природных процессов и заботы о гумусовом
состоянии почв.
Литература
Афанасьева Е.А. Черноземы Среднерусской возвышенности. М.: Наука, 1966. 224 с.
Глазовская М.А. Педолитогенез и континентальные циклы углерода. М.: Книжный дом «Либроком», 2009. 336с.
145
Дергачева М.И. Система гумусовых веществ почв – пространственные и временные аспекты. Новосибирск: Наука, 1989. 109 с.
Добровольский Г.В., Трофимов С.Я., Седов С.Н. Углерод в почвах и ландшафтах Северной Евразии // Круговорот углерода на территории России. Избр. научные труды по проблеме «Глобальная эволюция биосферы. Антропогенный вклад». М., 1999. С. 233–270.
Иванов И.В., Хохлова О.С., Чичагова О.А. Природный радиоуглерод и особенности
гумуса в современных и погребенных черноземах // Изв. РАН, сер. геогр. 2009. С. 46-58.
Иванов И.В., Чендев Ю.Г. История формирования черноземов ЦЧО и современное состояние их гумусового профиля // География продуктивности и биогеохимического круговорота наземных ландшафтов: к 100-летию профессора Н.И.Базилевич. М.:
Институт географии РАН, 2010. С. 67–76.
Иванов И.В., Когут Б.М., Маркина Л.Г. Сравнительная характеристика гумуса целинных, пахотных и погребенных черноземов // Закономерности изменения почв при
антропогенных воздействиях и регулирование состояния и функционирования почвенного покрова. Тр. Всеросс. научн. конф., Почвенный институт имени В.В.Докучаева.
Москва, 28–29 сентября 2010 г. М., 2011 (в печати).
Лебедева И.И., Овечкин С.В. Карбонатный профиль восточно-европейских черноземов // Почвоведение: аспекты, проблемы, решения. Тр. Почвенного ин-та им.
В.В. Докучаева. М., 2003. С. 34–54.
Черкинский А.Е., Чичагова О.А. Александровский А.Л. Радиоуглеродный возраст
гумуса черноземов // Возраст и эволюция черноземов. М.: Наука, 1988. С.112–130.
Щеглов Д.И. Черноземы центра Русской равнины и их эволюция под влиянием
естественных и антропогенных факторов. М.: Наука, 1999. 214 с.
МОЖЕТ ЛИ БЫТЬ «УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ»
БЕСПОЧВЕННЫМ?
Д.Н. Кавтарадзе, д.б.н.
Факультет государственного управления МГУ имени М.В. Ломоносова
Е.Н. Букварева,
Институт проблем экологии и эволюции РАН, Москва
В.Н. Сидоренко
Экономический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова
А.В. Раппопорт, к.б.н.
Биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова
История науки отводит особое место роли личности ученого в
отображении открывающихся ему закономерностей. Помимо таланта
сосредоточенного наблюдения Природы, описание и интерпретация
обнаруженного во многом обусловлены широтой картины мира и богатством ассоциаций. Часто эти ассоциации подсказывают аналогии,
которые хотя и ничего не доказывают, пытливому уму наблюдателя
146
служат мощным интуитивным подтверждением правильности догадки, допущения, озарения.
Такая особенность ума часто обязана редкому сочетанию широтой теоретических знаний и освоенностью предмета интереса на
уровне всех органов чувств.
Чувственное постижение мира открывает единство многообразия и
позволяет получить «знания, которые даются через опыт» (Я. Коменский).
Одна из встреч с А.Н. Тюрюкановым на экспериментальном поле
Института почвоведения и фотосинтеза АН СССР в окрестностях
Пущина произошла в 1980 году. На наш вопрос, что студенты собирают на пашне, последовал флегматичный ответ – «просыпь».
Несколько дней спустя в столовой НЦБИ А.Н. Тюрюканов сообщил результаты: на поле остается просыпанная половина урожая
– «просыпь». Другую, собранную половину забирает комбайн. Способ конкретного доказательства особенностей поведения человека в
биосфере был и прост и убедителен.
Сегодня понятие «Биосфера» встречается редко в лекционных,
научных документах и программах обеспечения того или иного сценария развития. Почему?
В том числе и потому, что воспитание студенчества, инструментарий мышления научного корпуса в 30–90 гг. ХХ века в России был
построен на экспериментальной работе, изнурительность которой
обеспечивала глубочайшее уважение к труду и продукту теоретического последующего обобщения. Обобщения в свою очередь покоились на
плечах фундаментальных научных школ – поколений исследователей
и последователей В.В. Докучаева, Д.И. Менделеева, В.И. Вернадского,
Н.И. Вавилова, Н.В. Тимофеева-Ресовского и многих других.
Последние десятилетия содержат примеры масштабных научнопопулярных кампаний по распространению в обществе «откровенного знания» о ключевых процессах в природе, определяющих благополучие человечества: в 60-гг. считалось, что фитопланктон – легкие
планеты, в 70-е – что легкие – это тропические леса, на рубеже 90-х,
что это бореальные леса. Размывание наших представлений о целостности, системности, историчности взаимосвязей заняло многие десятилетия. Социальный опыт ученых до- и послевоенного поколения
постепенно отошел в прошлое, а инструментальные методы исследования науки сильно потеснили наблюдения непостижимого разнообразия видов, природных условий, взаимосвязей оболочек Земли. Мы
стали неспособными к обобщениям различных областей современного знания в общую картину мира. Поэтому и понятие биосферы для
многих стало абстрактным, лишенным наполнения ансамблями кру147
говоротов, взаимодействием всех оболочек и динамикой развития.
Мы стали видеть в механизме Природы отдельные части, лишенные
объединяющего их движения, также как можно смотреть на механизм
часов, которые «не ходят», а время все равно показывают.
Подчиняясь лукавому понятию «устойчивое развитие» мы оказываемся за столом переговоров с заведомым шулером – обладателем
фрагментов знаний о природном устройстве и потому с небрежностью произвольного объяснения любого сообщения. Суженное, поверхностное знание о мире природы и людей позволяет высказывать
только мнение, потому, что знание связей имеет системные механизмы ограничивающие произвол мнений наличными знаниями.
Редко задается вопрос, управляемо ли «устойчивое развитие»?
(Кавтарадзе, 2004). Потому, что доминирующая картина мира современной техноцивилизации построена на физической картине мира, о
которой проницательно писал В.И. Вернадский. «Наряду с этой – физической – картиной Космоса всегда существует другое о нем представление – натуралистическое, не разложимое на геометрические
формы, более сложное и более для нас близкое и реальное, которое
пока связано не со всем Космосом, но с его частью – нашей планетой,
то представление, какое всякий натуралист, изучающий описательные науки, имеет об окружающей его природе. В это представление
всегда входит новый элемент, отсутствующий в построениях космогоний, теоретической физики или механики – элемент живого... Мы
не можем и не должны забывать существования этих двух несовместимых представлений о Природе. Наблюдая ход истории научной
мысли, необходимо констатировать, что эти два мировоззрения проходят рядом, существуют как-то, не влияя друг на друга, разделяются разными людьми, работающими в значительной мере независимо
друг от друга» (Вернадский, 1978).
Современное технологическое общество базируется на физической картине мира, и поэтому для понимания проблем живого, сохранения биосферы и сопряженного развития необходимо освоение нового типа мышления и иной картины мира.
Принятие ООН «Стратегии образования для содействия устойчивому развитию» в 2005 г. содержит ряд важных постулатов. Первый из них, это то, что концепция образования строится на базе экологии, как науки и как области умения применять эти знания, для
чего предусмотрены современные интерактивные методы обучения,
включая имитационные модели. Эти модели опираются на огромный
массив экспериментальных данных, учитывают основные особенности поведения людей в процессе принятия решений и обеспечивают
148
многократную обратную связь – отклик экосистем и социосферы на
принятые проекты.
Задолго до появления исходного английского понятия
«sustainable development», смысловой перевод которого другой – «самоподдерживающее развитие», было предложено теоретическое обоснование условий «неопределенно долгого существования человечества в биосфере» – сопряженное развитие человечества и биосферы
(Брудный, Кавтарадзе, 1981). В самом общем виде предлагался механизм обеспечения такого развития как развитие по совпадающим
точкам множеств состояния биосферы и допустимого множества состояния социума (рис. 1.).
Это представление было развито в публикациях и в управлении
проектом «экополис».
Рис.1. Варианты стереометрии коридора возможных фазовых
состояний биосферы и общества. «Воронки риска»: А – расширение
воронки, Б – сужение воронок; В – сочетания вариантов А и Б
149
Место науки в современной глобальной и региональной политике часто обсуждается, однако ее свободное развитие так и не стало
«устойчивым». Интерпретация экспериментальных данных испытывает определяющее воздействие экономической сферы, а подчас становится материалом для осуществления афер.
Важнейшей особенностью учения о биосфере, экосистемах признается следование природной, «экологической» шкале времени,
представляющей собой ось времени с расположенным на ней событийным рядом динамики развития природных форм, явлений, их
незыблемой последовательности (сукцессии). Физическая картина
индустриального и постиндустриального мира, диктат экономических интересов сдвинул современное общество к сиюминутному результату текущей полезности.
В защиту интересов индустриального мира распространены и экологически необразованными людьми принимаются на веру «простые
истины». Например, общеизвестны следующие: «окружающая среда
должна быть сбалансирована с экономикой», «технология решит все
проблемы», «если мы исчерпаем один ресурс, мы всегда можем рассчитывать на иной ресурс, отвечающий тем же потребностям», «вспомните, как много раз в прошлом энвайронменталисты предрекали катастрофы и чуть ли не конец мира и всякий раз ошибались. Почему мы
должны верить им сейчас?», «если эти проблемы окружающей среды
начнут реализовываться, то это произойдет в каком-то отдаленном
будущем, после моей смерти, и я не могу относиться к ним серьезно».
Дж. Даймонд рассматривает каждое из этих распространенных мнений
и показывает, на чем основана их ошибочность (Даймонд, 2008).
Между тем притягательность «простых утверждений» делает их
уместными в имитационных играх как «затравочных» позиций участников, вызывающих ожесточенные споры, которые в игре могут
перейти в доказательную дискуссию. Сохраняются барьеры между
«предвидящими» и «решающими».
Поскольку современный мир стал сверхсложным, технические
устройства подчиняются закону Ч. Перроу (Perrow, 1984) (рис. 2),
то предприняты попытки анализа сложившейся ситуации: объяснение происходящего нарастания природных и техногенных катастроф – формирование «общества риска» (Beck, 1999), системными
моделями биосферно-социо-техногенных процессов и неизбежными
«пределами роста» (Медоуз, 2004).
Мировое сообщество по-прежнему разделено интересами науки,
бизнеса, власти и с трудом решает вопросы как оперативного, сегодняшнего, так и долгосрочного планирования собственного развития.
150
Рис. 2. Гипотетическая кривая изменения фактора риска на всем
протяжении цикла развития технологии или техники
Нахождение общего понятийного языка, ценностей объединяющих
поколения, неблагодарная задача. Она была с честью решена комиссией ООН под руководством Харлем Брунтланд, благодаря которой произошло постепенное накопление согласия между странами,
континентами, поколениями, культурами различными секторами
социальной жизни. Ее доклады названиями отражают этот процесс:
«Наше общее будущее», «Устойчивое развитие».
Корпус ученых, оставаясь зависимым от ценностей и интересов
бизнеса, стал замечать, что публикации научных материалов не оказывают ожидаемого влияния на политику, бизнес, торговлю, хотя и
формально получая признание актуальности научных прогнозов.
Это привело к поиску инструментов делающих научное знания,
представления не просто «известными», а воспринятыми как лично
значимые. Ими стали имитационные модели с участием людей – деловые (имитационные) игры.
Авторы «Пределов роста» сделали доступными модели поведения сложных и сверхсложным систем: WORLD3, Стратегема и др.
Управление моделями позволяло получить опыт разработки стратегий развития, многократно проверить их в динамике модели, применить выбранные критерии и проанализировать результат.
Отметим важные результаты обобщения многих сотен экспериментов с участием студентов, аспирантов, научных сотрудников.
1. Представление о долгосрочности временной шкалы необходимо развивать специально.
151
2. Совершенные ошибки и провалы избранных стратегий многократно (до 8–12 раз) повторяются, их осмысление часто непосильно и требует методической поддержки.
3. Опыт, полученный в работе с моделью, не переносится автоматически в практические решения и требует времени на осмысление
и адаптацию.
4. Управляющие моделью люди, часто не имеют представление
о свойствах живого, не относят себя к остальному миру живого, живут «вне экосистем».
5. Имитационное игровое моделирование на личностном и
групповом уровнях дает уникальный эффект обретения знания поведения себя в сложных системах через полученный опыт.
Исследование процесса преадаптации студентов к решению задач управления «устойчивым развитием региона» на модели CoMPAS
позволило нам выявить значимые узловые ошибки» как восприятия,
так и интерпретации такого тренажера, включающего социальные,
экологические и экономические параметры.
Имитационная модель долгосрочного (до 30 лет) проектирования
экологических сетей в условиях России «Эконет-1» (Кавтарадзе и др.,
2004) и «Эконет-АВС» позволила выявить особенности получаемого гуманитарного, естественнонаучного знания и практического навыка участия в природоохранительной деятельности (Кавтарадзе и др., 2005).
Биосферное естествознание, развивавшееся А.Н. Тюрюкановым,
позволяет представить студентам опыт управления устойчивым развитием региона с учетом исторического знания развития ландшафта,
особенностей экосистем.
Важнейшие особенности принятия решений об организации экологических сетей (коридоров) выявили интегральный результат освоения знаний, интеграции их междисциплинарной «экосистемной»
картине мира и, одновременно, следование принятым социальным и
экономическим интересам общества (Кавтарадзе, Раппопорт, 2006).
После получения опыта управления этими процессами с учетом
многообразных и разнородных сведений (карты, отчеты о состоянии
окружающей среды и социально-экономическом развитии региона)
и, главное, осмыслением результатов собственной практики применения имеющихся знаний в трех сферах (экология, экономика, социология) наступает этап оценки своих действий, оснований, положенных в основу стратегии и достигнутых результатов.
Участники имитационных практикумов на основе игры «Эконет
– АВС» берут на себя роли-должности лиц, принимающих решения, на
примере «Святской области», площадь которой превышает 32000 кв.км.
152
В процессе принятия серии решений участники не просто усваивают содержание изучаемой проблемы; при развитии сценария они знакомятся
со структурой и функционированием моделируемых природных и природно-технических систем, приобретают опыт коллективного принятия
решений. В игре события ускоряются в миллион раз: двадцатилетний период управления занимает несколько часов. В игре достигается известная
степень свободы оперирования пространством и временем, недоступная
в реальных ситуациях. Это, прежде всего, перенос данных в пространство
динамической модели (ГИС, системная динамика).
Проблема управления содержит различные аспекты: содержательные, собственно управленческие и социальное взаимодействие
участников. Имитационная игра «Эконет-АВС» – это азбука «управленческого правописания» выработки совместных решений. Игра отражает тот факт, что большая часть проблем окружающей среды – не
в недостатке знаний, а в необученности совместным действиям, слабой мотивации, неразвитой «экологическое воли» руководителей.
Круг задач и управленческих ресурсов непривычно широк для
участников игры, собранных вместе.
Обилие информации соотнесенной с обширной территорией
нередко вызывает и растерянность участников. Так, например, при
отладке игры организаторы встречали отказ натуралистов, экологов
рассматривать социально-экономические проблемы своих проектов. Это было оценено как выражение неготовности осмысливать и
воспринимать новые взаимосвязи, признавать социальные стороны
природопользования. Поэтому дополнительная задача проведения
«Эконет-АВС» – налаживание междисциплинарных связей, понимание участниками позиций и интересов других секторов.
Представители природоохранных организаций энергично выстраивают экологические сети и расширяют ареалы распространения
редких видов, создают обширную систему особо охраняемых природных территорий, достигающую порой 90 % территории региона. И
лишь потом, после 5–10–15 лет, когда социальный и произведенный
капитал все больше отстает от капитала природного, игроки-экологи начинают уделять внимание развитию городов, промышленности.
Таким образом, сценарий игроков рассчитан на развитие региона с
максимально благоприятным для естественных экосистем режимом
хозяйственной деятельности. Однако модель выявляет серьезные
ошибки принятых решений о «тотальном озеленении»: кроме остановки роста уровня жизни населения, происходит деградация многих
угодий, главным образом сельскохозяйственных, которые поддерживались постоянными вложениями средств для поддержания плодо153
родия. Обратная связь на принятые участниками решения приводит
к необходимости изменения управленческой стратегии.
Для менеджеров среднего звена модель позволяет освоить внутренние взаимосвязи в экосистемах и получить опыт постановки задачи и управления природными ресурсами региона.
Работа с тренажером Эконет-АВС позволяет достичь важных образовательных, личностных эффектов:
1. Прочувствовать мощь объединения знаний о биосфере, которые А.Н. Тюрюканов называл «биосферным естествознанием», базовых понятий самоподдерживающегося или сопряженного развития.
2. В модельных условиях испытать сложность интеллектуального решения задач управления экосистемами при высоком эмоциональном напряжении противоречивых социальных интересов и экономических требований.
Эмоциональный эффект имитационных тренажеров необычайно
важен как и в реальной управленческой практике, о чем свидетельствует
точное «не научное» название труда А.Н. Тюрюканова «О чем говорят
и молчат почвы». Мощность воздействия на нас молчания почв, флоры,
фауны, исчезающего биоразнообразия, немое красноречие ландшафтов
описано известным английским философом и искусствоведом: «…обратите внимание на одну из самых привлекательных черт человеческой натуры: дети благородных рас, воспитанных на окружающих творениях искусства и на великих деяниях, обладают особым восторженным чувством
по отношению к родному ландшафту, который является для них неким
напоминанием. Это чувство не привито извне; его нельзя было привить
другим; оно врожденное. Это – печать и награда, скрепляющая упорную
работу великой национальной жизни, столетние смирение и мир, которые славу чтимых праотцев постепенно распространяли на всю праотеческую землю, пока мать-земля, таинственная Деметра, из лона которой
мы вышли и в лоно которой вернемся, не наполнила благоговением каждое место, не привила нам особый восторг перед каждой равниной, каждым источником, не сделала священной каждую межу, которой никто не
может передвинуть, всякую волну, которую никто не может осквернить,
пока воспоминание о гордых днях и дорогих людях не превратило каждую скалу в величавый монумент с полной значения подписью, не наполнило каждую тропинку обаятельной прелестью многозначительного
запустения» (Раскин, 2006).
Разработка, апробация динамических моделей региональных
экосистем позволяют исследовать различные сценарии развития и
выявить исходно неочевидные, часто парадоксальные и «контринтуитивные» последствия принимаемых решений (Каталевский, 2011).
154
Исследование анатомии управленческих ошибок на пути к устойчивому развитию становится важнейшей областью обеспечения
этого глобального процесса.
Литература
Брудный А.А., Кавтарадзе Д.Н. Экополис. Введение и проблемы. Препринт. Пущино: НЦБИ АН СССР, 1981.
Вернадский В.И. Живое вещество. М., 1978. С.13.
Даймонд Джаред Коллапс. Почему одни общества выживают, а другие умирают.
М.: АСТ, 2008.
Кавтарадзе Д.Н. Управляемо ли устойчивое развитие? // Вестник МГУ. Управление. 2004/ №1,
Кавтарадзе Д.Н., Букварева Е.Н., Сидоренко В.Н. ЭконетАВС. ЧеРо, 2005.
Кавтарадзе Д.Н., Букварева Е.Н., Сидоренко В.Н Имитационная образовательная
игра “ECONET-1” проектирование экологических сетей в России // Имитационные
модели и игры в управлении природными ресурсами. Сб. научных и методических работ. М.: Университетский гуманитарный лицей, 2004. С. 19–28
Кавтарадзе Д.Н., Раппопорт А.В. Сравнительный опыт управления моделью устойчивого развития региона «Эконет-АВС» // Государственное управление в XXI веке: традиции и инновации. Мат-лы 4-й ежегодной межд.конф. факультета государственного управления МГУ (24–26 мая 2006 г.)/ Ч. 2. М., 2006. С. 50–52.
Каталевский Д.Ю. Системная динамика, М.: МГУ, 2011.
Медоуз Д., и др. За пределами роста, М.: Наука, 2004.
Рескин Джон. Лекции об искусстве. М., 2006. С. 64.
Beck, U. World Risk Society. Malden, MA: Polity Press,1999.
Perrow Charles The Normal Accidents. NY, 1984.
Rozenzweig, M.R., Bennet, E.L., and Dimond M.C. Brain changes in response to
experience // Scientific American, February.1972.
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ ТЕРРИТОРИИ (НА ПРИМЕРЕ МАЛОГО
ГОРОДА ПУЩИНО МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ)
О.Г. Калугина, магистрант
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
А.А. Присяжная, к.б.н., с.н.с., В.В. Снакин, д.б.н., профессор
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино
В настоящее время интегральная оценка качества окружающей
среды на основе методов биоиндикации является достаточно актуальной. Данные методы обладают рядом преимуществ по сравнению
со стандартными химическими и физико-химическими методами
155
обнаружения аномалий, поскольку, во-первых, дают комплексную
оценку качества среды, во-вторых, учитывают кумулятивные и синергетические эффекты, чего не представляется возможным достичь,
применяя только физические, химические, физико-химические и
другие подходы к оценке состояния природной среды (Гуртяк, Углев,
2010;). Но биоиндикация не лишена недостатков: так, ряд авторов
(Кавеленова, 2002; Гуртяк, Углев, 2010; Гавриков, Баранов, 2006; Солдатова, 2006; Константинов, 2001; Чистякова, 1997) выделяют следующие трудности при ее проведении. Первая проблема связана с исключительной неоднородностью (мозаичностью) условий в пределах
городской среды, делающей необходимым учёт множества факторов
в их взаимодействии (как антропогенной природы, так и естественных). Вторая связана с тем, что практически любой структурно-функциональный показатель биологического организма обнаруживает
определенные изменения (реагируют по-разному) в техногенно загрязненной среде, что существенно усложняет выбор индикаторов.
Анализ литературы по данному вопросу показал, что до настоящего времени многими авторами (Ерофеева, Наумова, 2010; Гавриков, Баранов, 2006; Гавриков, Навицкая, 2010; Гавриков, Гречаный,
2005) делались попытки комплексного анализа состояния окружающей среды, но в качестве тест-объектов использовался только один
индикатор, что по указанным выше причинам неудовлетворительно
описывает качество природной среды и пригодность ее для человека.
Целью настоящей работы явилось: разработка комплекса различных биоиндикационных параметров, позволяющих более объективно
оценить качество окружающей среды; оценка качества окружающей
среды на примере малого города (Пущино); проверка (верификация)
полученной оценки на основе взаимосвязи качества среды со здоровьем населения.
Объекты и методы исследования. Данная работа проводилась в
2008–2010 гг. в г. Пущино Московской области и его окрестностях.
Для оценки состояния городской среды нами были выбраны такие
показатели качества среды как дихотомия древесной растительности, флуктуирующая асимметрия листовой пластинки, биологическая
активность почв.
Одним из важных показателей состояния окружающей среды является наличие так называемых геопатогенных зон (ГПЗ), в последнее
время вызывающих живейший интерес у специалистов разного профиля. Геопатогенные зоны – это участки дневной поверхности Земли, испытывающие воздействие геолого-тектонических нарушений земной
коры и вследствие этого отрицательно влияющие на биологические и
156
технические объекты. Большинство исследований однозначно связывают наличие ГПЗ с различными отклонениями в функционировании
живых систем, в том числе со здоровьем человека.
Индикация проявлений геопатогенеза в ландшафте проводилась
методом количественного учета морфозов древесной растительности.
Основой для составления методики исследований послужило упоминание многих авторов (Дубров, 1992 ; Мельников и др., 1994; Радченко, 2005 ; Рудник, 1996) о взаимосвязи состояния древесной растительности и геопатогенеза. Для исследования были выбраны такие
морфозы древесной растительности, как дихотомия. Породы деревьев,
выбранные для учета морфозов – береза, липа относятся к наиболее
представительным растительным сообществам участка исследования.
По данным (Мельников и др, 1994) доля деревьев с раздвоенным стволом увеличивается в 2,5–5 раз в ГПЗ, а в узлах пересечений геофизических разломов количество таких деревьев часто достигает 20–60 %.
Еще одним информативным подходом к оценке состояния природной является оценка состояния популяций по стабильности развития. Наиболее доступная и широко применяемая морфогенетическая
мера нарушения стабильности развития – флуктуирующая асимметрия листьев древесных культур. В основу методических разработок
были положены исследования В.М. Захарова (2000). В основе данного метода лежит следующая закономерность: в оптимальных для
существования вида условиях наблюдается наименьший уровень фенотипических отклонений от нормы. Любые стрессовые воздействия
вызывают появление отклонений от нормального строения различных морфологических признаков по причине нарушения индивидуального развития. Последствия этих нарушений могут быть оценены
на основе анализа флуктуирующей асимметрии, характеризующей
мелкие ненаправленные нарушения гомеостаза развития природных
популяций билатерально симметричных организмов, и являющиеся
ответом организма на состояние окружающей среды. При этом различия между сторонами не являются строго генетически детерминированными и, следовательно, зависят от внешних условий.
Состояние почв, основного продукционного и экологического
потенциала экосистем, также должно стать важным компонентом при
оценке качества среды. Почвенная биота (биология почв) наиболее
чутко реагирует на всевозможные изменения в экосистеме и является
информативным индикатором современного режима жизни почвы. В
качестве конкретного показателя состояния среды, на наш взгляд, наиболее подходящим является биологическая активность почвы.
Распространенным методом анализа биологической активности
157
почвы является метод И.С. Вострова и А.Н. Петровой (1961). Этот
метод был нами модифицирован с целью элиминирования влияния
неоднородности свойств почвенного покрова на оценку экологического состояния территории.
В связи с различиями свойств почв в местах закладки образцов,
заложенный целлюлозный материал (хлопковое полотно) помещался нами не в срез почвы, а закладывается в контейнер, содержащий
почвенную суспензию с одной и той же отобранной заранее зональной почвой (в данном случае серая лесная почва из естественного
дубово-липового леса в пригороде Пущино). Почва перед закладкой
была размолота, просеяна через сито, затем к почвенному образцу
была добавлена дистиллированная вода (в соотношении 1:1), смесь
равномерно перемешана и полученная суспензия была помещена в
контейнеры. Контейнер устанавливался в почву на глубину 25 см.
По прошествии времени (~2 месяца) контейнеры были извлечены,
образцы целлюлозного материала тщательно отмыты от почвы, просушены и взвешены. Биологическую активность оценивали по разности в весе заложенного и извлеченного образцов хлопковой ткани.
Важным моментом при оценке экологического состояния территории стала пространственная привязка данных. Территория г. Пущино была покрыта регулярной сеткой с постоянным размером ячеек
250 × 250м. Такой размер обеспечивает полное покрытие проявлений
геопатогенеза локального характера в ландшафте, и в то же время,
соответствует представлениям о минимальной площади устойчивого
существования лесного ценоза (Смирнова и др., 1990).
При проведении учетов на местности, для определения границ
квадратов использовался спутниковый навигатор проекта Global
Position System (GPS). Точность определения составила около восьми метров, что представляется вполне достаточным при выбранном
масштабе. Дополнительная корректировка осуществлялась по азимутальным объектам.
По полученным данным с помощью геоинформационной системы
”ArcView GIS 3.2” была построена серия карт распределения исследуемых величин. При обработке полученных данных в системе “ArcView
GIS 3.2” центр каждого квадрата был принят за точечный объект, которому присваивалась атрибутика полученных среднеарифметических
величин исследуемого показателя для каждой ячейки.
Не менее важным моментом стала разработка шкалы распределения баллов по градациям опорной величины (Арманд, 1975). При выборе типа шкалы (равномерная – неравномерная) преимущественно
учитывали статистическое распределение анализируемой величины.
158
Таблица 1. Результаты статистической обработки массива данных
величины дихотомии древесной растительности
Вид древесной
растительности
Объем выборки
Количество случаев
дихотомии
береза
10071
4360
липа
4035
3266
Результаты и обсуждение. По полученным данным в ходе количественного учета морфозов древесной растительности на территории города Пущино было вычислено процентное отношение количества случаев
дихотомического расщепления к общему количеству деревьев для каждого учетного квадрата (табл. 1).
Всего в ходе учетов был исследован 31 квадрат (рис. 1), 28 из
которых практически полностью охватывают территорию города. С
целью исследования пространственной вариации используемых параметров помимо квадратов с городской застройкой анализ проведен
также для ряда территорий в окрестностях города.
Анализ этих карт позволил выделить территории, на которых
древесная растительность наиболее подвержена дихотомии, что отражает высокий уровень экологического дискомфорта этих участков. К
таким участкам относятся в первую очередь территория микрорайона «Д» (ячейки D7, F5, F6). Наиболее благополучные в экологическом отношении зоны наблюдаются в ячейках I1, располагающейся за
городом, и F9, которая находится в зоне расположения институтов
Пущинского научного центра РАН. Также анализируя полученное
распределение видно, что оба вида (береза и липа) реагируют по-разному на определенный набор внешних факторов.
Так, липа обладает очень высокой чувствительностью к какому-либо
внешнему негативному воздействию. Это становится заметно, поскольку
экстремумы показателей для этой породы совпадает с территорией городской застройки, где уровень антропогенной нагрузки очень высок. За
пределами города показатель дихотомии для нее падает.
Как показывает карта распределения показателя дихотомии для
березы, на фоне антропогенного воздействия существует ряд других
факторов, влияющих на изменения в пространстве этого показателя.
Из вышесказанного следует, что говорить однозначно об экологическом качестве выделенных территорий только на основании показателя дихотомии некорректно; для более точной оценки необходимо использование дополнительных показателей.
Поэтому следующим этапом работы стало определение биологической активности почвы на той же территории (г. Пущино и его
159
Рис. 1. Пространственное распределение величины дихотомии
древесной растительности на территории г. Пущино и его
окрестностей
160
Таблица 2. Результаты статистической обработки массива данных
показателя биологической активности почв
Год
исследования
Объём
выборки
2009
130
2010
150
Значения, %
Среднее
Среднеквадратическое отклонение (σ)
min
max
6,2
1,6
13,4
2,5
19,2
0,83
92
17,2
окрестности) с помощью описанной выше методики. Исследования
проводились летом в 2009 и 2010 гг. На территории, ограниченной
ячейкой, закапывались по 5 контейнеров таким образом, чтобы они
были равномерно распределены внутри каждой ячейки. Статистическая обработка полученных результатов представлена в табл. 2.
На основании полученных данных были также построены карты
экологического состояния территории (рис. 2). В результате анализа полученного распределения нами были выделены зоны с максимальным и минимальным значениями биологической активности. К
территориям, где биологическая активность достигала наибольших
значений относится микрорайон «Д» (жилой массив), части микрорайонов «Г» и «АБ» и зона расположения институтов Пущинского
научного центра РАН. Также как и в случае дихотомии древесной
растительности наименьшие значения показателя биологической активности почв наблюдаются на окраинах города.
Параллельно в 2009–2010 гг. проводились исследования по
оценке качества городской среды на основании показателя флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой. Сбор материала проводился в начале июля после остановки роста листьев. Для каждой
ячейки выбирались 10 деревьев таким образом, чтобы березы были
равномерно распределены внутри каждой ячейки. Для измерений в
2009 г. отбирали 10 листьев с каждого дерева из нижней части кроны,
а в 2010 г. – 12 листьев. Величину флуктуирующей асимметрии оценивали по средней арифметической величине отношения разности к
сумме промеров слева и справа, отнесенной к числу признаков. Статистическая обработка полученных результатов сведена в табл. 3.
Таблица 3. Результаты статистической обработки массива данных величины флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой
Значения
Год
исследования
Объём
выборки
Среднее
min
max
Среднеквадратическое отклонение (σ)
2009
3020
0,048
0,023
0,081
0,010
2010
3720
0,054
0,023
0,118
0,011
161
Рис. 2. Пространственное распределение биологической активности
почв на территории г. Пущино и его окрестностей
162
Анализируя полученное распределение (рис. 3) выделены зоны
с максимальными значениями флуктуирующей асимметрии (с коэффициентом более 0,058), которые свидетельствуют об условно экологически неблагоприятном состоянии окружающей среды.
Это, прежде всего территории в части микрорайонов «Д», «Г»,
находящиеся в районе рынка и автостанции. Отрицательное влияние
автотранспорта на величину флуктуирующей асимметрии отмечали
В.Ю. Солдатова (2006) – 0,056 и Е.Л. Константинов (2001) – 0,068.
Большая величина флуктуирующей асимметрии в ячейке I1, находящейся за городом и располагающейся в лесном массиве, и по всей
вероятности в значительной степени отражает высокую затенённость
исследованных деревьев в данном квадрате. Берёзовая роща в ячейке А11, которая также находится вдали от города, характеризуется
меньшей затененностью и уровнем флуктуирующей асимметрии по
сравнению с ячейкой I1. Аналогичное явление отмечается в работе
(Чистякова, 1997), где более высокий уровень флуктуирующей асимметрии наблюдался в выборке берез, растущих под пологом леса, чем
в выборке берез, растущих на поляне. Более высокий уровень ассиметрии листьев в густой березовой роще наблюдали также в работе
(Солдатова, 2006).
Зоны с минимальными значениями флуктуирующей асимметрии, которые свидетельствуют об условно экологически благоприятном состоянии окружающей среды, выделены в жилом массиве
микрорайонов «АБ» и «В», и части «зеленой зоны», где показатель
ФА составлял менее 0,05. Для сравнения: коэффициент ФА в парках
г. Н. Новгорода составлял 0,037–0,057 (Мокров, Гелашвили, 1999).
Следующим этапом работы стал анализ заболеваемости населения
в связи с качеством окружающей среды. При изучении заболеваемости
детей и подростков за 10 лет (с 1986 по 1996), отмечено, что общая заболеваемость среди детей и подростков в микрорайоне «Г» г. Пущино
в 2 раза выше, чем в микрорайоне «АБ», в 1,5 раза – чем в микрорайоне
«Д» и в 1,2 раза – чем в микрорайоне «В» (Косякова, 1988).
Результат сравнения данных по исследованным показателям
сведены в табл. 4.
Заключение. 1. Различные показатели состояния окружающей
среды, использованные нами в работе (дихотомия стволов древесных
пород, флуктуирующая асимметрия листьев березы, биологическая
активность почвы) характеризуются различными распределениями
по исследуемой территории.
2. На уровень изменчивости исследуемых индикаторов влияют
не только антропогенные, но и природные факторы.
163
Рис. 3. Пространственное распределение величины флуктуирующей
асимметрии на территории г. Пущино и его окрестностей
164
Таблица 4. Корреляционный анализ полученных данных (по абсолютным
значениям показателей)
Показатели
Дихотомия
березы
Дихотомия липы
Биологическая активность
почв,
2009 г.
Биологическая активность
почв,
2010 г.
Флуктуирующая
асимметрия,
2009 г.
Флуктуирующая
асимметрия,
2010 г.
Дихотомия липы
Биологи- Биологическая ак- ческая активность
тивность
почв,
почв,
2009 г.
2010 г.
Флуктуирующая
асимметрия,
2009 г.
Флуктуирующая
асимметрия,
2010 г.
Детская и
подростковая
заболеваемость
0,54
0,40
-0,10
-0,33
-0,001
-0.07
1
0,40
0,15
-0,17
0,19
-0.35
1
0,03
-0,24
0,19
0.76
1
-0,21
-0,08
-0.33
1
0,02
0.86
1
0.87
3. Для более корректной оценки экологической ситуации на исследуемой территории необходимо использовать комплекс биоиндикационных показателей.
4. Предварительный корреляционный анализ полученных данных и детской и подростковой заболеваемостью в г. Пущино свидетельствует о наличие существенной взаимосвязи (в отдельных случаях) между показателями, характеризующими качество окружающей
среды.
5. В перспективе дальнейших исследований планируется решение следующих задач: 1) выявление экологически неблагоприятных
зон на исследуемой территории посредством медико-географичес165
кого анализа за последние 5 лет и физических методов анализа геопатогенеза; 2) изучение закономерностей изменения наблюдаемых
величин в пространстве и во времени на основе вероятностно-статистических методов описания.
Литература
Арманд Д.Л. Наука о ландшафте. Основы теории и логико-математические методы. М.: Мысль, 1975. 320 с.
Гавриков Д.Е., Баранов С.Г. Методика оценки стабильности развития на примере
березы (Betula pendula) // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2006. №2. С. 13–17.
Гавриков Д.Е., Гречаный Г.В. Сезонная изменчивость популяции дрозофилы по
уровню флуктуирующей асимметрии мерных признаков // Бюллетень ВСНЦ СО
РАМН. 2005. №6. С. 133–138.
Гавриков Д.Е., Навицкая А.С. Влияние средового стресса на флуктуирующую
асимметрию морфологических признаков Drosophila melanogaster // Современные наукоемкие технологии. 2010. №9. С. 83–84.
Гуртяк А.А., Углев В.В. Оценка состояния среды городской территории с использованием березы повислой в качестве биоиндикатора // Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 317. №1. С. 200–204.
Дубров А.П. Земное излучение и здоровье человека. М.: Аргументы и факты, 1992.
Ерофеева Е.А., Наумова М.М. Взаимосвязь физиолого-морфологических показателей листовой пластинки березы повислой с содержанием в ней тяжелых металлов //
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 1. С. 140–143.
Захаров В.М. и др. Здоровье среды: методы оценки. М.: Центр экологической политики России, 2000. 68 с.
Востров И.С., Петрова А.Н. Определение биологической активности почвы различными методами // Микробиология. 1961. Т. 30, вып. 4. С. 665.
Кавеленова Л.М. К методологии использования городской растительности в биомониторинге условий урбосреды // Известия Самарского научного центра РАН. 2002. Т.4, №2.
Константинов Е.Л. Особенности флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betula pendula Roth.) как вида биоиндикатора: Дис. на соиск.
уч.ст. к.б.н. Калуга, 2001. 126 с.
Косякова Н.И. Научное обоснование комплексной медико-социальной реабилитации населения на территориальном уровне: Дис. на соиск. уч.ст. д.м.н. М., 1988. 298 с.
Мельников Е.К., Рудник В.А., Мисийчук Ю.И. и др. Патогенное воздействие зон активных разломов земной коры Санкт-Петербургского региона // Геоэкология. 1994. №4.
Радченко А.В., Телицын В.Л., Мартынов О.С., Петровский В.А., Васильев Ю.В. Геодинамика платформенных областей и эффекты её проявлений / Под ред. В.М. Матусевича. Тюмень: Поиск, 2005.
Рудник В.А. Влияние зон геологической неоднородности Земли на среду обитания // Вестник РАН. 1996. Т. 66, № 8.
166
Смирнова О.В. и др. Популяционная организация растительного покрова лесных
территорий (на примере широколиственных лесов Европейской части СССР). Пущино, 1990.
Солдатова В.Ю. Флуктуирующая асимметрия березы плосколистной (Betula
platyphylla Sukacz.) как критерий качества городской среды и территорий, подверженных антропогенному воздействию (на примере Якутии): Дисc. на соиск. уч.ст. к.б.н.
Якутск, 2006. 139 с.
Стурман В.И. Экологическое картографирование: Учебное пособие. М.: Аспект
Пресс, 2003.
Чистякова Е.К. Анализ стабильности развития в природных популяциях растений на примере березы повислой (Betula pendula Roth.) как вида биоиндикатора: Дис.
на соиск. уч.ст. к.б.н. М., 1997. 102 с.
РЕЧНОЙ БАССЕЙН КАК СТРУКТУРНАЯ ЕДИНИЦА
БИОСФЕРЫ И ПРОБЛЕМА ПРИРОДНОЙ
ЗОНАЛЬНОСТИ
В.Н. Калякин, к.б.н.
В рамках научной конференции, посвященной 80-летию
А.Н. Тюрюканова, совершенно естественно вспомнить одну из интереснейших его работ, написанных совместно с В.М. Федоровым
(1989) – «Биосфера и человечество» и биосферное естествознание.
Само заглавие этой работы обозначает как наиболее острую и наиболее глобальную проблему человечества, ставящую перед ним уже в совершенно реальную плоскость вопрос «быть или не быть ?», так и необходимость развития в первую очередь биосферного естествознания.
Почти век назад В.И. Вернадский понимал, что человечество уже
превратилось в мощнейшую геологическую силу. В 1968 г. Н.В. Тимофеев-Ресовский предельно четко обозначил и наиглавнейшую общепланетарную проблему – «Биосфера и человечество». Им же еще
в 1961 г. выделены основные уровни организации жизни на Земле:
молекулярно-генетический, онтогенетический, популяционно-эволюционный и биогеоценотически-биосферный. В 1984 г. Б.М. Медников
первые два уровня объединил в один: «все живые организмы должны
быть единством фенотипа и программы для его построения (генотипа), передающейся по наследству из поколения в поколение» (с. 724).
С этим, надо полагать, согласился бы и Н.В. Тимофеев-Ресовский. В
приведенной классификации самым интегральным является последний биогеоценотически-биосферный уровень. В его название включены крайние элементы того ряда, который охватывает экосистемы
самого различного масштаба: от минимальной биосферной единицы
167
– биогеоценоза – до максимально возможной – всей земной биосферы. А что же между этими категориями? Ведь совершенно очевидно,
что в указанном максимально широком диапазоне должны быть другие естественные единицы. По образному определению Н.В. Тимофеева-Ресовского и А.Н. Тюрюканова (1966) биогеоценозы – это атомы
биосферы. А что же является ее молекулами?
Речной бассейн (РБ) как структурно-хорологическая единица
биосферы. В 1931 г. А.И. Толмачевым введено понятие элементарной
(конкретной) флоры: «Совокупность видов, ее слагающих, распространена на всем протяжении занимаемого флорой района, образуя лишь
различные группировки и занимая отдельные части его, в зависимости
от чисто местных особенностей каждого его участка; участкам, одинаковым по условиям, должны в пределах района соответствовать одни и те
же комбинации видов; иными словами, каждая данная ассоциация будет характеризоваться в нем постоянством своего флористического состава, причем правило это будет повторяться во всех встречающихся в
районе ассоциациях». Таким образом, флористические различия между
отдельными участками района будут представлять непосредственное отражение данной стации, которое С.М. Разумовский (1981) резюмирует
следующим образом: «в пределах ареала элементарной флоры все флористические различия обусловлены топографическими факторами, а не
географическими (т.е.не макроклиматом)» (с. 153). По С.М. Разумовскому синонимом ареала элементарной флоры является ботанико-географический район с характерной для него сукцессионной системой. В
сжатом виде суть его концепции сводится к следующему.
Среди разнообразных смен одного растительного покрова другим, обусловленных самыми различными причинами, существуют
смены, обусловленные жизнедеятельностью самих растительных сообществ, закономерно осуществляющиеся в силу неизбежного внутреннего развития, движущей силой которого является «стремление» соответствующей экосистемы к равновесному, устойчивому состоянию,
т.е. сукцессии. В своей книге С.М. Разумовский (1981, с. 10–11) дает
«предварительный обзор типов экогенетических смен, в общих чертах
повторяющий схему Клементса (Clements, 1963)».
Совокупность экогенетических смен конкретного ботанико-географического района – минимальной фитогеографической единицы,
характеризующейся общностью флоры и климата, – образует соответствующую сукцессионную систему. Схема сукцессионной системы
Ямальского ботанико-географического района, где наши работы велись с 1973 по 1989 гг., в 1980 г. дана А.Л. Тихомировой (Разумовский,
1981). В то же время такая система в пределах своего ареала и представ168
ляет собой определенный тип биосферного вещества. Полномочным
же представителем последнего является речной бассейн, отвечающий
двум условиям: во-первых, такой РБ полностью вписывается в ареал
соответствующей сукцессионной системы (включая климакс), а, вовторых, такой РБ должен представлять собой полный геологический
разрез (Калякин, 1986). Именно такой речной бассейн – наименьшая
хорологическая единица ботанико-географического района, представляющая в его пределах полный набор высотных поясов, соответствующих пород, форм рельефа, геоморфологических процессов, микроклиматических условий, биологического и почвенного разнообразия,
а, следовательно, и временных (сукцессионных) стадий развития. В
пределах Ямальского ботанико-географического района имеется всего лишь два РБ, отвечающих этим условиям в настоящее время: это
бассейны рек Усы и Щучьей. В пределах двух-двух с половиной столетий назад этим условиям отвечали бассейны рек Кары, Байдараты
и Ензор-яхи. Представляется совершенно естественным, что для сохранения биоразнообразия каждого ботанико-географического района
необходима организация режима строгой охраны в пределах хотя бы
одного репрезентативного для него РБ (к сожалению, ничем близким
к этому условию заповедная система России не располагает), да и на
остальных территориях и акваториях экологическое безобразие недопустимо. По-настоящему комплексное и фундаментальное изучение
биосферы – наиболее сложноорганизованной и жизненно необходимой оболочки Земли – должно проводиться в условиях ее естественных структурных единиц и с учетом всех многочисленных природных
связей, обеспечивающих ее существование. Поскольку выше сказанное, хотя и в тезисной форме, соответствует основным положениям
опубликованной нами ранее работы (Калякин, 1986), остановимся на
аспектах, в ней не упомянутых.
Проблема природной зональности. Благодаря работам В.В. Докучаева (1948), Л.С. Берга (1955) и многих других авторов представления о широтной, климатической, ландшафтной, растительной и вообще природной зональности получили в нашей стране широчайшее
распространение и признание, как и соответствующее картографическое воплощение. Само широтное расположение природных (в первую
очередь – растительных) зон, усвоенное с детских лет, действует завораживающе и чаще всего исторические изменения флоры и фауны
обосновываются обычно зональными (широтными) изменениями
климата, а когда подобная связь не срабатывает, объяснение все равно
в первую очередь связывают с теми или иными климатическими изменениями. В качестве иллюстрации этого утверждения и дабы «не ки169
дать камень ни в чей огород», приведу отрывок из собственной работы:
«Эта фауна является как бы осколком более богатой и территориально
значительно шире распространенной фауны северных четвертичных
криогенных континентальных степей (так называемых тундро-степей), имевших трансголарктическое распространение… Уменьшение
континентальности климата привело к расчленению зоны степей в
широтном направлении транспалеарктическим лесным поясом. Соответственно этому и фауна четвертичных степей была пространственно
расчленена «расклинившими» ее европейской неморальной фауной с
юго-запада…, таежной и горно-таежной фауной с востока и юго-востока…, что вызвало аркто-степные разрывы ареалов ряда ранее широко
распространенных степных форм…» (Калякин, 1979, с. 29), что сопровождалось вымиранием многих видов, характерных для мамонтового
фаунистического комплекса как в Евразии, так и в С. Америке (Черский, 1891; Мартин, Мерингер, 1969 и мн. др.). Весьма показателен состав фауны млекопитающих позднего плейстоцена Новосибирских островов, в значительной степени известный уже И.Д. Черскому (1891):
мамонт, шерстистый носорог, бизон, овцебык, сайга, лошадь, северный
и благородный олени, тигр, волк, песец, росомаха, белый и бурый медведи, сибирский и копытный лемминги, заяц (донской или беляк).
В дальнейшем этот список был дополнен полевками красно-серой и
Миддендорфа (Kuznetsova et al., 2000) и, вероятно, яком (Павлова,
1906; по ее предположению были обнаружены костные остатки тура).
Показательно также, что наиболее поздние остатки мамонта с Новосибирских островов имеют абсолютный возраст около 9 тыс. лет и они
существовали здесь 55 тыс. лет, наиболее поздние лошади – 2,4 тыс. лет
(Kuznetsova et al., 2001), а овцебыки – 2,9 тыс. лет (Верещагин, 1971),
причем последние, вероятно, сохранялись на Таймыре до средневековья (Верещагин, 1959), как и лошадь в низовьях Колымы (Верещагин,
2002). Мамонты на о. Врангеля еще обитали 3,9 тыс. лет назад (Вартанян и др., 1992). Имеется и масса других данных, свидетельствующих о
том, что широчайшим образом и до недавнего времени распространенные пастбищные экосистемы, были свойственны всем материкам (по
понятным причинам палеонтологических данных крайне мало для Антарктиды), а в настоящее время достаточно насыщенные экосистемы
этого типа сохраняются лишь на все более сокращающихся по площади территориях тропической Африки (подробнее см. Восточно-европейские…, 2004). Сам факт широчайшего распространения этих экосистем в крайне различных климатических условиях – свидетельство
их исключительной устойчивости, а их деградация, завершившаяся на
большинстве территорий и полной заменой принципиально другими
170
сообществами, обусловлена иными, а не климатическими причинами.
Насколько можно судить по имеющимся данным, пастбищные экосистемы в настоящее время невозможны на территориях с избыточным
увлажнением (например, дождевые тропические леса), на ледниках, в
полярных пустынях, а также в наиболее жестких типах пустынь более
низких широт, само формирование которых в большинстве случаев
обусловлено теми или иными антропогенными факторами.
По имеющимся палеонтологическим данным (Основы палеонтологии…, 1964; Кэрролл, 1992, 1993), первые наземные фитофаги
известны с пенсильвании (верхнего карбона) и на протяжении дальнейшей геологической истории именно их эволюция шла нарастающими темпами. С этого времени формирование залежей углей уже
никогда не достигало тех интенсивности и масштабов, как в карбоне,
что было отмечено, в частности, А.Н. Криштофовичем (1946), хотя он
и не связывал одно с другим причинно-следственными отношениями.
Давая определение термину «экосистема», А. Тэнсли в 1935 г. отметил:
«Единица растительности, рассматриваемая в качестве такой системы,
включает не только составляющие ее растения, но и связанных с ними
животных, а также все физические и химические компоненты непосредственного окружения (местообитания)» (Разумовский, 1981, с. 57).
В дальнейшем это определения в большинстве случаев подвергалось
редукции, чему подтверждением и заглавие книги С.М. Разумовского
– «Закономерности развития биоценозов», – хотя фактически речь в
ней идет исключительно о фитоценозах, а приведенная им схема экогенетических смен не включает в себя ни пастбищных экосистем, ни
орнитогенных лугов под птичьими базарами. В условиях современных
экосистем и природных зон средней полосы Северного полушария, где
и «ковались» основные парадигмы фитоценологов и геоботаников, с
учетом того, что в современных, в основном среднеевропейских лесах
и по биомассе, и по эдификаторной роли в экосистемах действительно
преобладает растительность, указанный редукционистский подход в
какой-то степени понятен. Не смотря на различия упомянутых выше
подходов – фито-географического и типологического (зонального)
– оба они являются отражением сложившейся к настоящему времени
структуры живого покрова, которая на преобладающей части земной
суши весьма далека от исходной (или нормальной; реконструкция последней – злободневная, но весьма непростая проблема).
Приведем заключительный абзац уже упомянутой статьи
А.Н. Тюрюканова и В.М. Федорова: «В.И. Вернадский открыл и
осознал значение биосферной реальности, в борьбе с уничтожением
которой прошел ХХ век. Н.В. Тимофеев-Ресовский – генетик и био171
сферовед, опасаясь, что мы пойдем по пути «через тернии к звездам»,
превращая планету Земля в звезду, завещал и предложил нам во все
времена быть предельно популяционно осторожными. Чтобы сделать
шаг вперед, человечеству следует пустить своих ученых-разведчиков
прощупать почву под ногами и понять, как она жила в череде по крайней мере семи поколений. Это недоступно для технического прогресса:
он ждать не любит. Но это нужно человечеству.» (с. 279).
К сожалению, человек неизмеримо раньше и самым коренным
образом начал, мягко говоря, изменять биосферу. Принципиально
важным событием в истории самого человека и его взаимоотношений
с биосферой явилось приручение волка еще в позднем мустье (Калякин, 1997, 1999), т.к. частота встреч костных остатков этого хищника
на стоянках древнего человека практически одинакова на протяжении
финального мустье и позднего палеолита, как показывает проведенный мною анализ материалов по палеолитическим местонахождениям
СССР (по соответствующим обзорам Н.А. Береговой, 1960, 1984). Это
предположение косвенно подтверждается археологическими данными
по Северной Африке и Ближнему Востоку (Higgs, 1967), а напрямую
– генетическими исследованиями диких представителей рода Canis
и собак 67 пород (Vila et al., 1997; на основании генетических данных
они считают, что приручение волка произошло около 135 тыс. лет назад) и Н.Д. Оводовым (1999), сообщившим о наиболее ранней находке
морфологически уже четко выраженной собаки (на Алтае), датируемой почти 15-ю тыс. лет назад (Оводов, 1999). Приручение волка неизбежно имело целый ряд важнейших последствий. Поселения (стоянки) получили весьма эффективную и круглосуточную охрану. Резкое
снижение опасности охоты (основного занятия первобытного человека во внетропических областях) обусловило снижение требований к
охотнику и удлинение его жизни, что оказалось весьма благоприятным для более интенсивного развития культурных навыков. Повышение добычливости охоты оказались благоприятны в демографическом
плане и предоставили значительно больше свободного времени, которое было использовано не только для дальнейшего совершенствования различного рода орудий и оружия, но и на дальнейшее развитие
культурно-духовной жизни. Уже для финального мустье известны ритуализированные преднамеренные захоронения, а наиболее древний
образец наскальной живописи имеет возраст 32120 лет. Смена неандертальца человеком современного морфотипа происходит в период
от 37 до 27 тыс. лет тому назад, и не исключено, что и в этом процессе
своего рода доместикации (инфантилизации) человека именно приручение волка сыграло принципиально важную роль. Безусловно, уже в
172
сопровождении волка-собаки человек за геологически ничтожное время расселяется практически всесветно, почти повсеместно истребляя,
в первую очередь, мегафауну диких травоядных, в силу чего, пережив
мезолитический кризис, вынужден коренным образом изменить основной род занятий. Потомки охотников на мамонтов в неолите становятся земледельцами, скотоводами (само приручение ряда видов
крупных фитофагов, да и сохранение их в одомашненном состоянии
без собаки невозможны), в значительно меньшей степени к рыболовству или прибрежно-морскому зверобойному промыслу и лишь кое-где
еще до сих пор сохраняются в качестве собирательство и охота. Таким
образом, неизбежное воздействие человека на природные экосистемы,
безусловно начавшееся со времени использования им искусственных
палов, резко активизируется, становится всесветным уже в паре с прирученным волком. При этом основным негативным результатом его
целенаправленных действий и косвенным последствием всей человеческой жизнедеятельности вообще становится вымирание на большей
части территорий, исходно занятых экосистемами пастбищного типа,
тех видов крупных фитофагов, которые и были основными эдификаторами этих экосистем. Лишь наиболее насыщенные пастбищные экосистемы тропической Африки сохраняли достаточно эффективный
иммунитет против тандема человек-собака вплоть до совсем недавнего
времени. Положение резко изменилось лишь около века назад с появлением и все большим распространением нарезного огнестрельного
оружия и современных видов транспорта. Показательно, что на еще
сохраняющихся территориях африканских саванн не только наиболее
богата и разнообразна фауна очень и достаточно крупных фитофагов,
но и в наибольшей степени представлены виды с достаточно сложно
организованной суб- (или микро-) популяционной структурой: африканский слон (он же и главный эдификатор, хотя по численности на
три–четыре порядка уступает остальным достаточно крупным фитофагам – парно- и непарнокопытным), лев, пятнистая гиена, гиеновая
собака, суриката, павианы, шимпанзе, а в недавнем геологическом прошлом – и ряд форм, предшествовавших современному человеку. На остальных же территориях, еще недавно бывших ареалами распространения пастбищных экосистем, аналогами указанных видов были волк,
пещерный лев и мамонт – широчайше распространенные голарктические виды (уже это обстоятельство никак не согласуется с предположением о какой-то естественной, а не антропогенной причине вымирания
последнего и кардинального сокращения ареала льва). Совершенно естественно предполагать, что в условиях внетропических экосистем и
резко выраженного сезонного и вообще сурового климата с ограничен173
ным периодом вегетации плотность населения крупных фитофагов и
мамонта, в первую очередь, должна была быть существенно ниже, чем
у их родственников и аналогов в тропической Африке. Соответственно по тем же причинам эдификаторная роль мамонта не уступала, а
скорее превосходила таковую африканского слона. Будучи наиболее
желанной добычей первобытных охотников (о чем свидетельствует
полная и разнообразная утилизация добытых зверей, наличие технологии распрямления спирально изогнутых бивней для изготовления
прямых копий, находки лопаток с застрявшими в них кремневыми
наконечниками, изобилие костных остатков на стоянках и само расположение последних, которые параллельно могли являться пунктами
постоянного слежения за мигрирующими животными), мамонт в то же
время был существенно уязвимее подавляющего большинства других
видов, как в силу значительно меньшей численности, так и в силу своего веса и стадности. При соответствующей организации облавных охот
он мог становиться достаточно легкой добычей первобытных охотников на удобных для них прибрежных участках водоемов с недостаточно мощным (для того, чтобы выдержать вес мамонта) ледяным покровом. Поэтому преобразование исходно пастбищных экосистем в их
современное, принципиально иное состояние на громаднейших территориях, скорее всего, начиналось именно с истребления мамонта. Дополнительным свидетельством того, что в позднем палеолите широко
использовался прирученный волк, являются многочисленные стоянки, на которых остатки мамонта не только перестают преобладать над
всеми остальными охотничьими «трофеями», но вообще исчезают…. и
что же? А никакого кризиса: становятся доминирующими остатки бизонов, лошадей, северных оленей, куланов. Кризис же наступает, когда
существенно снижается численность, а параллельно и сокращается ареал и этих видов. На громаднейших площадях место бывших степей все
более занимают леса, широко осваивающие и плакоры. Но что характерно: именно в сомкнутых сплошных лесах население даже «лесных»
видов минимально (что отмечал еще Н.П. Наумов, 1963), максимально обедняется видовой состав флоры, а нормальное воспроизводство
даже основной лесообразующей породы предельно затруднено.
Таким образом, уже в течение многих тысячелетий идет процесс
неуклонного преобразования биосферы, в результате теперь уже и самой различной человеческой деятельности, к тому же все более разнообразящейся и усиливающейся по экспоненте. Результаты этого уже
настолько опасны для биосферы, что человечеству необходимо как
можно более неотложное использование всей мощи достигнутого научного и технического потенциала для попытки предотвращения все
174
более приближающейся и все более становящейся неотвратимой глобальной экологической катастрофы.
Ни на одном океанском корабле команда и пассажиры не допустили бы и малой доли тех безобразий, угрожающих их безопасности,
которые все более и более вытворяются на нашем единственном космическом корабле. Непонимание этого – самая трагическая особенность нашего времени. Долг ученых и профессионалов в этой ситуации
сделать все для преодоления почти тотальной экологической безграмотности и безответственности, тем более что имеющиеся современные информационные технологии предоставляют такую возможность.
Путь к спасению только в саморегуляции: в ограничении как собственной численности (что на стихийном уровне уже и осуществляется в
ряде стран, где количество детей не превышает двух на одну семью),
так и в любых взаимодействиях с объектами биосферы (пока что чисто потребительский подход абсолютно преобладает). И именно в этом
направлении перед науками биосферного класса непочатый и беспредельный объем работы.
Литература
Берг Л.С. Природа СССР. М.: Географгиз, 1955. 495 с.
Береговая Н.А. Палеолитические местонахождения СССР. М., 1960. 216 с.; М.:
Наука, 1984. 171 с.
Вартанян И.И., Арсланов Х.А., Тертычная Т.В. и др. Радиоуглеродный возраст
голоценовых мамонтов острова Врангеля // Вековая динамика биогеоценозов. М.: Наука, 1992. С. 52–53.
Верещагин Н.К. Овцебык на севере Сибири // Природа. 1959. № 8. С. 105–106.
Верещагин Н.К. Охоты первобытного человека и вымирание плейстоценовых
млекопитающих в СССР // Тр. ЗИН АН СССР. 1971.Т. 69. С. 200–231.
Верещагин Н.К. От ондатры до мамонта. Путь зоолога. СПб., 2002. 335 с.
Восточно-европейские леса. Книга 1. М.: Наука, 2004. 479 с.
Докучаев В.В. Учение о зонах природы. М.: Географгиз, 1948. 286 с.
Калякин В.Н. Структура орнитофауны Арктики // Тр. VII Всес. зоогеогр. конф.
М.: Наука, 1979. С.27–30.
Калякин В.Н. Речной бассейн как структурно-хорологическая единица биосферы. Деп. рук. ВИНИТИ № 7684-В86, М., 1986. – 50 с.
Калякин В.Н. Слово о верном друге// Энергия. 1997. № 5. С. 49–53.
Калякин В.Н. Приручение волка – поворот в судьбе человека и биосферы // Тр.VI
съезда териол. общ. М., 1999. С. 107.
Криштофович А.Н. Эволюция растительного покрова в геологическом прошлом
и ее основные факторы // Материалы по истории флоры и растительности. М. –Л.: АН
СССР, 1946. С. 21–86.
175
Кэрролл Р. Палеонтология и эволюция позвоночных. М.: Мир. Т. 1. 1992. 279 с.;
Т. 2, 1993. 280 с.; Т. 3, 1993. 310 с.
Мартин П., Мерингер П. Пыльцевой анализ плейстоценовых отложений и биогеография юго-запада США. Четвертичный период в США. Т. 2. М.: Мир, 1969. С. 57–84.
Медников Б.М. Об основных принципах теоретической биологии // Журн. общ.
биол. 1984.Т. 45, № 6. С. 723–731.
Наумов Н.П. Экология животных. М.: Высшая школа, 1963. 618 с.
Оводов Н.Д. Плейстоценовые собаки Сибири // Тр. VI съезда териол. об-ва М.,
1999. С. 179.
Основы палеонтологии. Земноводные, пресмыкающиеся и птицы. М.: Наука,
1964. 722 с.
Павлова М. Описание ископаемых млекопитающих, собранных Русской полярной экспедицией в 1900-1903 гг. // Зап. Импер. АН. 1906. 8 сер., т. 21, отд. С: геология
и палеонтология, вып. 1. 41 с.
Разумовский С.М. Закономерности динамики биоценозов. М.: Наука, 1981. 231 с.
Тимофеев-Ресовский Н.В. О некоторых принципах классификации биохорологических единиц // Тр. УФАН СССР. 1961. Т. 27. С. 5–48.
Тимофеев-Ресовский Н.В. Биосфера и человечество // Бюлл. ЮНЕСКО. 1968.
№ 1. С. 3–10.
Тимофеев-Ресовский Н.В., Тюрюканов А.Н. Об элементарных биохорологических
подразделениях биосферы // Бюлл. МОИП. Отд. биол. 1966. Т. 71, вып. 1. С.123–132.
Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. «Биосфера и человечество» и биосферное естествознание // Онтогенез, эволюция, биосфера. М.: Наука, 1989. С. 265–280.
Черский И.Д. Описание коллекции послетретичных млекопитающих животных,
собранных новосибирскою экспедициею 1885–86 гг. // Приложение к 45-му тому Записок Импер. АН. 1891. № 1. 706 с.
Higgs E.S. Chapter II. Environment and chronology – the evidence from mammalian
fauna. The Hama Fteah (Cyrenaica) and the stone age of the South-East Mediterranean.
McBurney C.B.M. Cambridge Univ. Press, 1967. Pр. 16–44.
Kuznetsova T.V., Kuz’mina S.A., Tumskoy V.E. New evidence of the quaternary fauna of
the Bol’shoy Lyakhovsky island: Mammals and Insects (preliminary results) // Quaternary
Environment of the Eurasian North. Foueth QUEEN Workshop, Lund,Sweden, 2000. P. 28.
Kuznetsova T.V., Sulerzhitsky L.D., Siegert Ch. New data on the “Mammoth” fauna of
the Laptev Shelf Land (East Siberian Arctic) // The World of Elephant. Roma, 2001. Pр.
289–292.
Vila C., Savolainen P., Maldonado T.E. et al. Multiple and Ancient Origins of the
Domestic Dog // Science. 1997. Vol. 276. Pр. 1687–1689.
176
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ И ВЗАИМНОЕ
ОБОГАЩЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ И
ЭВОЛЮЦИОННЫХ ИДЕЙ В БИОЛОГИИ
М.В. Касаткин
Государственный Биологический музей имени К.А. Тимирязева
Мы живем в эпоху, когда практически неконтролируемое, а подчас и бездумное вмешательство человека в природные процессы и явления, загрязнение природной среды отходами производства привели
человечество на грань экологического кризиса. Длительное нарушение равновесия в природе заставило человека осознать, наконец, что
все живые организмы, населяющие нашу Землю, существуют не сами
по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают ее воздействие. Живые или неодушевленные силы природы, действующие вокруг них, это не просто декорации – развертывается сам жизненный
процесс. Это точно согласованный ансамбль факторов окружающей
среды и приспособления к ним живых организмов, проявляющийся
как в их облике, так и в их поведении. Именно этот ансамбль, столь
легко нарушаемый вмешательством человека, и создает возможность
сосуществования разнообразнейших форм организмов и самого различного образа их жизни. Только нынешнее «заболевание» многих
мест обитания, изменение факторов окружающей среды, и связанное с
этим вымирание многих видов животных открыло нам глаза буквально в последнюю минуту на законы «здорового» состояния как нормы и
основы существования жизни (Экологические…, 1988).
Вопросами взаимосвязей в природной среде занимается экология,
представляющая собой сравнительно молодое направление естествознания. Она принадлежит к числу наук, возникших на стыке многих
дисциплин, и отражает как глобальность современных задач, так и
многообразие методов и направлений научного поиска.
Особенно интенсивно она стала развиваться в связи с усилением
влияния хозяйственной деятельности человечества на окружающую
среду, приобретающим в наше время планетарный и даже космический характер. Превращение экологии из сугубо биологической научной дисциплины в отдельную обширную отрасль знания, включившую общественные и технические аспекты, в сферу деятельности,
опирающуюся на решение ряда сложнейших политических, идеологических, экономических, этических и других вопросов, сделало ее своеобразным узлом, в котором самым причудливым образом сочетаются
различные направления науки и практики. Экологические проблемы
приобретают все большее значение в определении оптимальных пу177
тей дальнейшего развития человеческой цивилизации (Моисеев, 1990;
Марчук, Кондратьев, 1992). В силу этих обстоятельств экология стала
одним из самых перспективных и быстро развивающихся направлений современного научного исследования. Однако появление множества направлений, далеко выходящих за рамки классической экологии,
привело к возникновению всяческих разночтений и путаницы относительно ее предмета и компетенции.
«Экология стала настолько популярной, что под ее рубрику подводят все что угодно: строительство очистных сооружений, региональное планирование землепользования, вторичную переработку бумаги
и выращивание овощей на одних лишь органических удобрениях. Вся
эта деятельность, пусть необходимая, по большей части представляет
собой просто попытку смягчить тот удар, который нанесет нам Природа
своим приговором за наше вопиющее нарушение ее законов и стремление хоть немного отсрочить возмездие... Человеку следует предъявить
обвинение в том, что он не сумел отнестись с должным вниманием к
законам, лежащим в основе экономики природы» (Риклефс, 1979). Так
что же представляет собой экология на самом деле?
Экология – это наука, изучающая взаимоотношения между организмом и средой его обитания, а также взаимоотношения организмов между
собой. Помимо этого современную экологию определяют как науку, изучающую также организацию и функционирование надорганизменных
систем различных уровней: популяций, биоценозов (живых сообществ),
биогеоценозов (экосистем) и биосферы. Сам термин «экология» и первое определение этого понятия впервые были даны Эрнстом Геккелем в
книге «Всеобщая морфология организмов» (1866).
Современная экология подразделяется на общую экологию, предметом изучения которой являются системы различного уровня, и частную экологию, изучающую экологические особенности отдельных
систематических групп и видов. Наиболее широко принято подразделение общей экологии на аутэкологию, популяционную экологию и
синэкологию (Дажо, 1975). Под аутэкологией обычно понимают различные воздействия на биологический вид со стороны различных абиотических факторов среды, определяющих границы его распространения. Сюда же относятся исследования по физиологической экологии,
изучающей протекание в организме процессов под воздействием абиотических факторов. Популяционная экология (или демэкология) изучает динамику популяционных процессов (соотношение рождаемости
и смертности, возрастную структуру популяции и т.п.) в тесной связи с
действием всех абиотических и биотических факторов среды (Яблоков,
1987; Бигон и др., 1989; Гиляров, 1990). В понятие синэкологии вклю178
чают изучение взаимоотношений между популяциями (конкуренция,
хищничество и т.д.) и их взаимодействие с другими компонентами
экосистемы. Синэкология изучает также продуктивность и энергетику
экосистем, их смену в результате сукцессий и т.д. (Одум, 1986). Ряд
исследователей включает синэкологию в популяционную экологию, в
то же время раздел о закономерности организации живых сообществ
(биоценозов), их структуре и функционировании выделился в самостоятельную научную дисциплину – биогеоценологию (Сукачев, 1947,
1972). В последнее время возникла настоятельная необходимость исследования экологического взаимодействия биосферы с внешней для
нее средой. Сейчас в связи с утверждением более общих подходов к
рассмотрению природных процессов и явлений, в связи с осознанием
тесной взаимозависимости человечества и природной среды, появились новые направления, далеко выходящие за рамки биологической
экологии. Круг вопросов, охватывающих явления планетарного масштаба должен стать предметом изучения глобальной экологии (Будыко,
1977). В настоящее время мы также являемся свидетелями становления экологии человека и социальной экологии.
Таким образом, в настоящее время в экологии разрабатывается довольно много обширных самостоятельных направлений, которые развиваются очень быстро и продуктивно. Развитие экологии как науки
своим прямым следствием должно иметь все более заметное проникновение экологических знаний в самые широкие слои человеческого
общества, постепенное формирование “экологического мышления”
и, в конечном итоге, принятие всех решений, прямо или косвенно затрагивающих интересы всего человечества, только на основе точных
экологических знаний. Только таким путем можно изменить тяжелую
экологическую ситуацию, сложившуюся на нашей планете в результате все усиливающегося вмешательства человека в живую природу,
только так можно предотвратить еще более тяжелые последствия, которые нам грозят в ближайшем будущем. На этом основана получившая в 1990-х гг. широкую известность и поддержку международного
сообщества так называемая «Концепция устойчивого развития» человеческой цивилизации (Урсул, 1993). Из этого следует, что экология
является той теоретической базой, на которой должны основываться
действия, связанные с правильным, рациональным природопользованием, весь комплекс взаимоотношений человечества с природой. Понимание того, какими возможностями располагает современная экология, невозможно без знания истоков ее возникновения и влияния на
нее в ходе развития других наук.
Первоначальные экологические представления зародились еще
179
в глубокой древности. Тесная зависимость организмов от природной
среды, в которой они жили, по-видимому была очевидна еще первобытному человеку, занимавшемуся охотой и собирательством. Примитивные, стихийно-экологические представления о неразрывной взаимосвязи организма и среды, о взаимозависимости хищника и жертвы
сохранились вплоть до настоящего времени у многих народов, живущих в тесном контакте с природой.
В додарвиновский период наиболее выдающуюся роль в развитии экологических идей сыграл Ж.-Б. Ламарк, предложивший в книге
“Философия зоологии” (1809) свою эволюционную концепцию. Наряду с законом градации важнейшим фактором эволюции он считал влияние на организмы внешних условий, и прежде всего климата. Изменение среды непосредственно ведет к трансформации растений и низших
животных. В результате возникают приспособительные изменения,
которые со временем переходят в стойкие наследственные различия.
Таким образом, первый широкий синтез эволюционной идеи с экологией был осуществлен в форме ламаркизма.
Полвека спустя многие вопросы экологического характера были
положены Ч. Дарвином в основу его теории эволюции (Галл, 1993).
Наиболее важным во всей эволюционной теории Дарвина было учение о естественном отборе, как о движущем факторе эволюции. Одной
из предпосылок действия естественного отбора Дарвин назвал тенденцию к росту численности популяции в геометрической прогрессии в
условиях неограниченности пищевых ресурсов или при отсутствии
действия других лимитирующих факторов. Но в реальных условиях
естественные ресурсы ограничены, и это могло бы вызвать эффект перенаселенности и связанную с этим нехватку пищи и массовую гибель
от голода. Однако этого не происходит, так как огромное количество
организмов погибает от самых разных причин. Из этого Дарвин сделал
логический вывод о наличии такого явления, как борьба за существование (Дарвин, 1991).
Другой важной предпосылкой действия естественного отбора является индивидуальная изменчивость организмов, поставляющая материал для отбора. Каждая природная популяция содержит большой
запас изменчивости, составляющий часть генофонда вида. Поэтому
выживание организмов в борьбе за существование носит не случайный, а закономерный характер. На основе непрерывного накопления
постепенных изменений в популяциях происходит совершенствование
отдельных приспособительных признаков, а в дальнейшем это может
привести и к формированию новых видов.
Важным для экологии был и вывод Дарвина о несравненно боль180
шей остроте борьбы за существование в пределах вида и между близкими формами, чем между разными видами. Он анализировал действие естественного отбора при сильной внутривидовой конкуренции
и отмечал преимущества, которые будут на стороне более плодовитых
особей или организмов, более эффективно эксплуатирующих ресурсы.
Дарвин полагал, что различия между видами ослабляют конкуренцию
и допускают сосуществование видов. Он близко подошел к понятиям
конкурентного исключения и экологической ниши. Межвидовую конкуренцию он рассматривал в качестве мощного фактора, вызывающего
дивергенцию или смещение признаков. На ряде видов беспозвоночных Дарвин показал, что животные, подвергающиеся интенсивному
уничтожению со стороны хищников, вынуждены покрывать огромную
гибель за счет интенсивного размножения. Таким образом, хищники
также создают сильный селективный пресс.
Анализируя биотические отношения, Дарвин раскрыл зависимость между растениями и животными. При этом он не ограничивался
описанием явлений, но сопровождал их количественной оценкой.
Наиболее важным для экологии было обоснование исключительной роли взаимодействия видов между собой в связи с условиями их
существования. По мнению Дарвина, физические условия, в частности
температура и другие климатические факторы, становятся ведущими
лишь в самых неблагоприятных для жизни ландшафтах: на Крайнем
Севере, в пустынях и т.д.
Дарвин показал влияние образа жизни, условий существования и
взаимодействия видов на их морфологию. В качестве примера можно
привести его исследования насекомоядных растений, взаимоотношений между растениями и их опылителями и т.д. По существу экологический подход пронизывает любую эволюционную проблему, которую обсуждает Дарвин, его труды насыщены экологическими фактами
и обобщениями, а некоторые работы (например исследование роли
дождевых червей в образовании почвы) были специально посвящены
вопросам экологии (История биологии, 1972). Таким образом, даже
краткое рассмотрение эколого-эволюционных воззрений Ч. Дарвина
приводит нас к выводу, что он внес огромный вклад не только в развитие эволюционной теории, но и в формирование экологии.
Дальнейшее развитие экологии, выделившейся в качестве самостоятельной науки, происходило одновременно по нескольким направлениям. В 70-х годах XIX в. немецкий гидробиолог К. Мебиус,
изучая устричные банки в Северном море, заинтересовался межвидовыми взаимоотношениями ее обитателей. Исходя из теоретических
представлений Дарвина и Геккеля о борьбе за существование, он впер181
вые сформулировал понятие о живом сообществе или биоценозе. Поскольку объектами изучения стали не только отдельные виды, но и их
комплексы, то на рубеже XIX и XX веков произошло разделение новой
науки на аутэкологию и синэкологию (История биологии, 1972).
Основы теоретической и экспериментальной экологии популяций
в современном понимании были заложены в 20–30-х годах ХХ столетия. В это время при помощи математических формул были описаны
некоторые очень важные для популяционной экологии явления: например обнаруженные Г.Ф. Гаузе колебательные процессы в системах
типа “хищник-жертва” (Гаузе, 2002). Обоснование процессов эволюции получило математическое подкрепление в виде выявленных статистических закономерностей, а экспериментальная экология позднее
превратилась в мощную область исследования.
Развитие экологии не могло, в свою очередь, не оказать влияния и
на дальнейшее развитие эволюционной теории. В силу общебиологического значения этой науки уже на стадии ее становления складывался экологический подход в биогеографии, гидробиологии, ихтиологии,
энтомологии и других областях биологии. Поэтому в этот период четко наметились два подхода к изучению природных явлений: экологический и эволюционный. Каждый из них изучает одно и то же явление
в своих масштабах времени, поэтому ни один из них нельзя считать
единственно правильным. По-настоящему полный ответ на любой
вопрос должен включать оба подхода. Экологические проблемы часто бывает необходимо рассмотреть в эволюционном аспекте, а эволюционные проблемы оказывается полезным проанализировать с точки
зрения экологии. Именно такой точки зрения придерживался академик А.Н. Северцов (1934, 1939), разрабатывая основные теоретические положения макроэволюции. Его ближайший ученик И.И. Шмальгаузен, продолжая развивать идеи учителя, большое внимание уделил
экологическим аспектам эволюции. Особенно детально им были изучены адаптивные модификации и формы борьбы за существование, в
частности внутривидовая конкуренция (Шмальгаузен, 1946). Предложенная им теория стабилизирующего отбора базируется на выявлении роли долговременного воздействия условий окружающей среды
на живые организмы.
Применение такого комбинированного подхода позволило раскрыть эволюционный смысл многих экологических явлений. “Эволюционный подход к экологическим вопросам сравнительно нов и за последние пятьдесят лет он буквально произвел революцию в биологии.
…Хотя пока мы еще не понимаем полностью причин и следствий многих популяционных явлений, не следует сомневаться в том, что все они
182
имеют эволюционное объяснение“ (Пианка, 1981). В результате синтеза экологического и эволюционного подходов появилось совершенно
новое направление – эволюционная экология (Шварц, 1969, 1980).
Несмотря на очевидность положения о нераздельности экологического и эволюционного аспектов, в ходе дальнейшего развития биологии связь между ними на какое-то время была забыта. Вследствие
прогрессирующей специализации и дифференциации был сделан акцент на углубленное изучение конкретных процессов и явлений. Экология и теория эволюции стали рассматриваться как самостоятельные,
хотя и определенным образом связанные между собой направления
науки. Однако именно экология сыграла определяющую роль в преодолении создавшейся ситуации. Акценты научных исследований
сместились на надорганизменные уровни организации живого: популяционный, биоценотический, биогеоценотический и биосферный. Во
многом благодаря этому стал возможен переход от типологического
(организмоцентрического) мышления к мышлению экосистемному, то
есть в масштабах сообществ (Тюрюканов, Федоров, 1996).
Эколого-эволюционный подход наиболее полно реализуется на
уровне биогеоценоза. Выдающийся отечественный ученый Н.В. Тимофеев-Ресовский писал: “В эволюционном аспекте особый интерес представляет изучение динамики численности, морфо-физиологии и генетики популяций, границы которых совпадают с границами определенного
биогеоценоза. Особенно интересным и важным является установление
связей и корреляций между динамикой, морфо-физиологией и генетикой
популяций разных видов, взаимодействующих в пределах определенных
биогеоценозов. Именно в этом направлении следует ожидать накопления новых данных о давлениях эволюционных факторов в природных
условиях“ (цит. по: Тюрюканов, Федоров, 1996).
Понимание того, что изменяются не только отдельные организмы,
но также и их сообщества, входящие в состав биосферы, стало важным шагом в сближении экологии и эволюционной теории (Мирзоян,
1991). Проблема формирования биогеоценозов и биосферы в прошлом
сейчас активно разрабатывается палеобиологами (Эволюция…, 2006),
однако она еще очень далека от окончательного решения.
Учитывая то исключительно важное значение, которое имеют сейчас исследования процессов, протекающих в биоценозах, биогеоценозах и в биосфере в целом, именно экосистемный уровень мышления в
биологии стал основой, без которой невозможно правильное решение
глобальных проблем, затрагивающих интересы всего человечества.
«Постепенно не только натуралисты, но и ученые других специальностей, широкие массы людей начинают понимать, что удивитель183
ное разнообразие форм жизни – это не просто результат приспособления каждого вида к конкретным условиям среды (абиотической и,
главное, биотической), но и важнейший механизм обеспечения устойчивости всего биогеоценоза, всей биосферы, состоящей из множества
биогеоценозов, иными словами – механизм обеспечения стабильности
жизни на Земле» (Воронцов, 1999). На таком подходе базируется сейчас развитие не только экологии, но и всей биологии, а также многих
других направлений современной науки.
Современная экология, возникшая первоначально как направление
биологии во второй половине XIX века и получившая бурное развитие в
XX веке, сейчас превратилась в самостоятельную дисциплину, которая
имеет важнейшее практическое значение для будущего человечества,
для его выживания. Сейчас все четче вырисовывается комплекс биогеоценологических проблем, связанных с изучением механизмов и направлений эволюции на уровне сообществ и экосистем. Приход на смену
организмоцентрическому подходу экосистемного подхода к изучаемым
проблемам позволяет выйти на глобальный уровень исследований. Мы
стоим на пороге нового синтеза наук, когда достижения в генетике, молекулярной биологии и других дисциплинах существенно расширили рамки синтетической теории эволюции, помогая создавать более целостную
концепцию (Воронцов, 1999, 2004). По прогнозам некоторых специалистов, в ближайшем будущем возможно объединение эволюционной теории с глобальной экологией (Колчинский, 1990). Можно утверждать, что
в результате развития различных направлений биологии и того огромного влияния, которое оказала на них теория эволюции, к началу XXI века
практически сформировалась комплексная научная дисциплина – эволюционная биология (Воронцов, 1999; Мирзоян, 2006). Это дает основание сделать вывод, что тенденции развития современной науки позволяют рассматривать экологию и эволюционную теорию не как автономные
друг от друга научные направления, а как взаимосвязанные части единой
системы знаний, которую Н.В. Тимофеев-Ресовский (1996) называл «теоретической биологией». Дальнейшее формирование теоретической биологии и формулирование ее основополагающих законов в значительной
степени зависит от степени взаимосвязи и взаимодополнения экологии и
эволюционной теории, поэтому разработка экологических аспектов эволюционной теории по-прежнему остается одной из наиболее актуальных
научных проблем.
Литература
Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества. Т.1.
М.: Мир, 1989. 667 с.
184
Будыко М.И. Глобальная экология. М.: Мысль, 1977. 327 с.
Воронцов Н.Н. Развитие эволюционных идей в биологии. М.: УНЦ ДО МГУ, Прогресс-Традиция, АБФ, 1999. 640 c.
Воронцов Н.Н. Эволюция, видообразование, система органического мира. Избр.
тр. М.: Наука, 2004. С.33–76.
Галл Я. М. Становление эволюционной теории Чарльза Дарвина. СПб.: Наука,
1993. 141 с.
Гаузе Г.Ф. Борьба за существование. М.: Ин-т компьютерных исследований, 2002. 160 с.
Гиляров А.М. Популяционная экология. М.: Изд-во МГУ, 1990. 191 с.
Дажо Р. Основы экологии. М.: Прогресс, 1975. 475 с.
Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение
благоприятных рас в борьбе за жизнь. СПб.: Наука, 1991. 544 с.
История биологии (с древнейших времен до начала ХХ века). Т.1 / Под ред.
С.Р. Микулинского. М.: Наука, 1972. 562 с.
Колчинский Э.И. Эволюция биосферы. Историко-критические очерки исследований в СССР. Л.: Наука, 1990. 236 с.
Марчук Г.И., Кондратьев К.Я. Приоритеты глобальной экологии. М.: Наука, 1992. 264 с.
Мирзоян Э.Н. Становление экологии в СССР // Вестник АН СССР. 1991. № 7.
С.116–124.
Мирзоян Э.Н. Этюды по истории теоретической биологии. М.: Наука, 2006. С.42–57.
Моисеев Н.И. Человек и ноосфера. М.: Молодая гвардия, 1990. 351 с.
Новиков Г.А. Очерк истории экологии животных. Л.: Наука, 1980. 286 с.
Одум Ю. Экология. В 2-х тт. М.: Мир, 1986. 704 c.
Пианка Э. Эволюционная экология. М.: Мир, 1981. 400 с.
Риклефс Р. Основы общей экологии. М.: Мир, 1979. 424 с.
Северцов А.Н. Главные направления эволюционного процесса. М.–Л.: Изд-во АН
СССР, 1934. 150 с.
Северцов А.Н. Морфологические закономерности эволюции. М. –Л.: Изд-во АН
СССР, 1939. 160 с.
Сукачев В.Н. Основы теории биогеоценологии. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1947.
Ч.2. 283 с.
Сукачёв В.Н. Основы лесной типологии и биогеоценологии. Избр. тр. в 3-х томах
/ Под ред. Е.М. Лавренко. Л.: Наука, 1972. Т. 1. 419 с.
Тимофеев-Ресовский Н.В. Биосфера и эволюция // В кн.: Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Н.В.Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья. М., 1996. С. 60–66.
Тимофеев-Ресовский Н.В. Генетика, эволюция и теоретическая биология. // Там
же. С. 77–82.
Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Н.В. Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья.
М., 1996. 368 с.
Урсул А.Д. Путь в ноосферу: Концепция выживания и устойчивого развития цивилизации. М., 1993.
185
Шварц С.С. Эволюционная экология животных. Тр. Ин-та экологии растений и
животных. Вып. 65. Свердловск, 1969.
Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции. М.: Наука, 1980. 278 с.
Шмальгаузен И.И. Факторы эволюции. Теория стабилизирующего отбора. М.
–Л.: Изд-во АН СССР, 1946. 396 с.
Шмальгаузен И.И. Проблемы дарвинизма. М.: Советская наука,1946. 528 с.
Эволюция биосферы и биоразнообразия (к 70-летию А.Ю.Розанова). Сб. статей.
М.: Изд-во КМК, 2006. 602 с.
Экологические очерки о природе и человеке / Под ред. Б. Гржимека. М.: Мир,
1988. 640 с.
Яблоков А.В. Популяционная биология. М.: Высшая школа, 1987.
ПЕРЕХОД БИОСФЕРЫ В НООСФЕРУ КАК РАЗУМНЫЙ
ВЫХОД ИЗ ГЛОБАЛЬНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
КРИЗИСА
А.С. Керженцев, д.б.н.
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино
Крупные достижения современной биологической науки довольно редко учитываются в исследованиях живых систем на уровне организма, экосистемы, биосферы. Жизнь ставит перед наукой острые
вопросы глобального масштаба о судьбе человека как биологического
вида, а наука не может на них ответить.
Стокгольмская конференция ООН (1972) впервые в истории обсуждала проблему пределов роста населения Земли в связи с ограниченностью ресурсов биосферы, приняла План действий по глобальному контролю экологической ситуации, создала межправительственное
агентство ЮНЕП (Найроби, Кения) для поиска решений глобальных
экологических проблем.
Конференция в Рио (1992) приняла Декларацию устойчивого
развития с детальной проработкой разделов общей концепции устойчивого развития. Но современная детализация науки создала дефицит
знаний о глобальных процессах и затруднила решение актуальных
проблем на фоне обострения глобального экологического кризиса.
Поиск разумного выхода из глобального экологического кризиса
должен стать приоритетной задачей фундаментальной науки. Человек
как самый молодой биологический вид, не способен адаптироваться к
среде обитания иного качества, чем та, при которой он появился. Если
он не сможет сохранить на Земле благоприятное для себя качество воздуха, воды и пищи, он исчезнет как биологический вид. Угроза существованию всей популяции человека разумного принуждает мобилизо186
вать интеллектуальный потенциал мирового сообщества на решения
важнейшей проблемы выживания на планете Земля.
Единого подхода к решению этой важной и сложной проблемы
пока не существует. Одни экологи возлагают надежды на возврат к
природе, другие ратуют за глобализацию промышленных и аграрных
технологий, третьи считают положение безвыходным. Истина находится между крайностями. Ю. Одум образно выразил главное правило
поведения человека в природе: «Есть пирог нужно так, чтобы он оставался целым».
Эволюция создала мощный механизм поддержания гомеостаза
биосферы, а человек нарушил регулирующую функцию этого механизма. Заменить его искусственными технологиями с использованием сверхмощных компьютеров и других технических средств человек
вряд ли сможет в ближайшее время, поскольку интеллектуальный потенциал человечества растрачивается на милитаризацию и экономический рост в ущерб экологической безопасности.
Для поддержания гомеостаза биосферы нужно сохранить максимально возможные площади естественных экосистем, а на оставшемся
пространстве обеспечить максимальную эффективность метаболизма
искусственных экосистем. Н.Н. Моисеев писал: «Процесс самоорганизации материи идет по пути непрерывного усложнения алгоритмов:
от естественных, стихийных к алгоритмам искусственным, которые
формируются Разумом». Современные научные достижения позволяют увеличить продуктивность биосферы в 6–8 раз. Но необходимость
создания таких алгоритмов пока не осознана сообществом.
Традиционный приоритет экономических проблем за счет экологической безопасности не позволяет осознать опасность глобального
экологического кризиса и отодвигает разработку мер превентивной защиты людей от надвигающейся экологической катастрофы. Академик
С.С. Шварц справедливо говорил: «Природа отреагирует на любую
хозяйственную деятельность человека. Природа выживет даже в измененном состоянии, а вот выживет ли сам человек – это вопрос».
Пришла пора направить интеллектуальный потенциал общества
на решение проблемы жизнеобеспечения популяции человека в биосфере. Эта технически сложная проблема включает, как минимум, три
главные задачи:
а) максимальное сохранение естественных экосистем и уплотнение зеленого покрова Земли; б) многократное увеличение продуктивности культурных растений и животных для удовлетворения жизненных потребностей популяции человека; в) создание эффективной
индустрии утилизации третичной (антропогенной) продукции, отра187
ботавшей свой ресурс, для освобождения природных редуцентов от
непосильной нагрузки.
Каждая задача имеет свою специфику, требует специализированных знаний, методов и технологий реализации. При этом все три
задачи должны решаться согласованно для эффективного жизнеобеспечения всей популяции человека при обязательном сохранении гомеостаза биосферы.
Для сохранения максимальной площади естественных экосистем, автоматически контролирующих гомеостаз биосферы и качество
среды обитания, необходимо сократить площади аграрных и урбанизированных экосистем. Это возможно при кардинальном увеличении
их продуктивности и создании искусственной системы метаболизма.
Кроме того, для освобождения природных редуцентов от перегрузки,
необходимо создать мощную индустрию утилизации отходов производства и потребления.
Переход человека от собирательства и охоты к земледелию и животноводству резко ограничил набор видов, используемых человеком
в пищу, и увеличил продуктивность избранных видов за счет технологий и искусственной селекции. Сейчас в мировом сельском хозяйстве
только 20 культур обеспечивают 90 % мирового производства продовольствия (Кирюшин, 2000, с. 38). Унификация разнообразия видов,
сортов и пород в сельском хозяйстве диктуется интересами производителя в ущерб интересам потребителя продукции. Потребителю необходимо разнообразие продуктов питания для обеспечения нормального функционирования организма, а производитель заинтересован в
максимальной продукции с минимальными затратами.
Поэтому вместо множества миниатюрных полей-террас, на которых древние земледельцы выращивали разнообразные наборы культур, появились гигантские массивы пашни, занятые монокультурными
посевами, удобными для применения мощной техники. Вместо сотен
пород скота и птицы, обладающих разнообразными вкусовыми качествами, на гигантских фермах выращивают минимум неприхотливых, но
продуктивных пород скота и птицы. А недостаток микроэлементов, витаминов и вкусового многообразия компенсируют пищевыми добавками, соусами, приправами. Глобализация нивелирует даже особенности
национальной кухни.
Ориентация агропромышленного комплекса на максимизацию продуктивности в ущерб интересам потребителя и самой Природы, стала
причиной кризисных явлений: ухудшения качества пищевой продукции,
роста числа болезней и вредителей культурных растений и животных.
Ежегодные потери почвенных ресурсов в результате их отчуждения, за188
грязнения и деградации по данным ФАО достигли 20 млн.га.
Гений В.И. Вернадского открыл человечеству несколько пророческих истин, значение которых до сих пор всерьез не осознано. Геологическая роль живого вещества усвоена давно, но масштабы этого
явления сильно занижены. В общественном сознании, краткосрочные
биологические процессы не идут ни в какое сравнение с гигантскими
масштабами геологических явлений. Но В.И. Вернадский постоянно
подчеркивал сопоставимость их масштаба, когда писал, что все геологические породы прошли через живую материю.
Второе предсказание В.И.Вернадского касается эволюционного
перехода биосферы в ноосферу – сферу Разума. Этот переход произойдет после того, как человек научится контролировать природные процессы с помощью технологий и сумеет гармонично вписать свою жизнедеятельность в биосферный цикл круговорота вещества и энергии.
Третье предсказание В.И.Вернадского о растекании Жизни по
Земле, ближнему и дальнему Космосу вытекает из первых двух. Если
биологические процессы по мощности воздействия сопоставимы с
геологическими явлениями, если Разум человека сумеет обеспечить
гармонию человека с биосферой Земли, то он окажется способным к
освоению и заселению других планет Солнечной системы. Эту мысль
чуть раньше В.И. Вернадского очень метко и образно выразил родоначальник космонавтики К.Э. Циолковский: «Планета – колыбель Разума, но нельзя вечно жить в колыбели».
Предсказания В.И.Вернадского правдоподобны и оптимистичны,
они показывают реальную возможность мирного разрешения кризисной ситуации взаимоотношений Человека и Природы. На их основе
можно попытаться проработать механизмы предсказанных явлений,
чтобы избежать гибельного для человека конфликта с Природой – естественной средой его обитания.
В том, что человечество стало геологической силой, нас убеждают
примеры его разрушительной деятельности. Созидательные успехи
гораздо скромнее, но и они вполне сопоставимы с масштабом геологических явлений.
О растекании Жизни по Земле, ближнему и дальнему Космосу
начали серьезно говорить экологи, обеспокоенные ограниченностью
запаса ресурсов жизнеобеспечения человека на планете Земля и пределами роста численности популяции человека в масштабе биосферы.
Поскольку ограничение роста численности населения не гуманно и
противоестественно, а ресурсы биосферы ограничены, стоит подумать
о расселении умных людей на другие планеты.
Современный уровень развития науки и техники уже позволил
189
человеку достичь поверхности Луны, активно работать на околоземной орбите, планировать на ближайшие годы реальные полеты человека на Марс. Это дает нам право предположить, что через 50–100 лет
наука и техника достигнет такого уровня, при котором межпланетные
полеты станут обыденными. Их будут реализовать наши внуки и правнуки. Наша задача – подготовить почву для их активной и плодотворной деятельности.
А.Н. Тюрюканов и В.М. Федоров (2000) высказали принципиально
важную идею: «Ноосфера возникает не в результате противостояния, а
наоборот, в результате сопряженной эволюции биосферы и человечества… В основном свойстве биосферных систем - в их организованности,
по мнению В.И. Вернадского, заключена возможность управления как
неотъемлемой составляющей эволюции планеты... управление есть объективная, а не волевая категория бытия всех систем на планете”.
Человек должен научиться управлять биосферными процессами.
Но для этого ему придется детально изучить механизм функционирования природных экосистем, чтобы гармонично вписать свою жизнедеятельность в общий цикл метаболизма биосферы. Наше поколение
может разработать научно-методические основы для создания механизма бесконфликтного перехода биосферы в ноосферу и выполнить
начальный этап грандиозной работы по гармонизации системы «Биосфера–Человек».
Ради спасения нам придется кардинально изменить свое отношение к Природе, перейти от потребительского эгоцентризма к взаимовыгодной кооперации с Природой на принципе мутуализма. Только
в этом случае между симбионтами могут возникнуть кооперативные
связи, образующие автономную систему жизнеобеспечения за счет
взаимовыгодного обмена партнеров продуктами жизнедеятельности.
Как это будет реализовано на практике, пока трудно сказать, сейчас необходимо попытаться хотя бы теоретически представить себе картину
будущих событий.
Для начала нужно описать главные условия и механизм бесконфликтного перехода биосферы в ноосферу, выделить его основные элементы на основе современных знаний. Теоретической основой может
стать Функциональная экология, изучающая механизм функционирования природных экосистем. Она рассматривает биосферу как экосистему глобального масштаба, которая обладает всеми атрибутами
локальных экосистем.
Структура экосистемы представляет собой анизотропную экомассу, состоящую из ярусов растительного и горизонтов почвенного
покрова в границах почвенного контура. Оба компонента экосистемы
190
выполняют единую функцию метаболизма и представляют собой симбиотическое сообщество автотрофной и гетеротрофной биоты, функционирующее автономно за счет обмена симбионтов (фитоценоза и
педоценоза) отходами жизнедеятельности.
Метаболизм давно известен в биологии как универсальный механизм функционирования живых систем. В процессе эволюции Жизни
сложился иерархический каскад согласованных между собой циклов
метаболизма всех живых систем (клетки, организма, экосистемы, биосферы). Миллиарды клеток образовали самостоятельно функционирующий организм, миллиарды организмов объединились в целостную
экосистему, миллиарды экосистем функционируют как одна экосистема глобального масштаба – биосфера.
Каждая живая система обладает одновременно собственной автономией и образует вместе с другими системами целостное единство
живой материи. Устойчивость структуры живого вещества обеспечивается функцией метаболизма – многоступенчатого каскада циклических процессов «синтез-распад» на всех уровнях организации жизни
(рис. 1).
Биота, осуществляющая метаболизм экосистем биосферы, строго
специализирована на три группы: продуценты, консументы, редуценты.
Продуценты синтезируют первичную биологическую продукцию
(фитомассу) из минеральных элементов с помощью солнечной энергии.
Консументы трансформируют первичную биологическую продукцию во вторичную (зоомассу), включая антропомассу – массу живого
вещества всей популяции вида Homo sapiens.
Редуценты разрушают отработавшую жизненный ресурс и отмершую биомассу до минеральных элементов, которые потребляются продуцентами для синтеза новой фитомассы.
В процессе эволюции Жизни цикл метаболизма биосферы был
отрегулирован до такой степени,
что биологический круговорот
стал почти замкнутым. Степень
разомкнутости цикла «синтезраспад» в природных экосистемах разного масштаба исчисляется долями процента (Марчук,
Кондратьев, 1992; Горшков,
1995). Основная масса вещества
биосферы вращается в замкнутом цикле глобального метабоРис.1. Метаболизм экосистемы
лизма, а потери метаболизма в
191
размере 1 % компенсируются за счет атмосферных, в том числе метеоритных, выпадений и продуктов выветривания горных пород.
Такая идиллия продолжалась до тех пор, пока в составе консументов не появился новый вид гетеротрофной биоты – Человек разумный.
Разум этого существа позволил ему значительно усилить физиологические возможности организма с помощью технических устройств и
организаторских способностей. Транспортные средства, одежда, обувь,
оружие, искусственное освещение и отопление, промышленность, сельское хозяйство, торговля – все эти и другие достижения человеческого
разума позволили ему освоить ресурсы и пространства, не доступные
другим биологическим видам. За счет этого преимущества человеку
преодолел лимит численности популяции.
Нарушение человеком закона Природы, регулирующего численность популяции биологических видов, обернулось регулярными экологическими кризисами, которые угрожали гибелью всей популяции
человека. Однако Человек с помощью Разума всегда находил новый
принцип использования природных ресурсов, в корне менял образ
жизни и благополучно выходил из очередного экологического кризиса
с увеличенным лимитом численности.
Так, охотники в результате «кризиса перевыпаса» превратились
в земледельцев и скотоводов. Так, высоко продуктивное орошаемое
земледелие уступило место менее продуктивному богарному земледелию с огромным резервом площадей в результате вторичного засоления и заболачивания орошаемых земель. Так, индустриализация резко
повысила ресурсную базу жизнеобеспечения человека. Преодоление
очередного экологического кризиса поднимало планку лимита численности популяции на новую высоту. Численность населения постепенно приближалась к новой предельной черте и накапливала признаки
очередного экологического кризиса.
В современном экологическом кризисе к дефициту ресурсов жизнеобеспечения человек добавил избыток отходов своей жизнедеятельности. Он создал новый класс вещества – третичную (антропогенную)
продукцию, недоступную природным редуцентам: искусственные вещества и материалы, машины и механизмы, здания и сооружения, отходы производства и потребления. Эти массы вещества создали тромб
в биологическом круговороте и стали источником загрязнения среды
обитания человека.
Для рассасывания тромба в цикле метаболизма биосферы не нашлось адекватных исполнителей. Человек в стремлении к комфорту
загнал себя в тупик экологического кризиса. Поэтому он должен, в
очередной раз, напрячь свой коллективный Разум для преодоления
192
кризиса с минимальными издержками для популяции. В противном
случае он исчезнет с лица Земли.
Человек оказался перед выбором: или погибнуть в изменённой им
же самим среде обитания, или взять на себя ответственность за регулирование экологической ситуации в масштабе биосферы. Очень точно
выразил эту мысль еще в середине прошлого века американский эколог
Л. Баттан: “Одно из двух: или люди сделают так, чтобы на Земле стало
меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей!”
Дым надо понимать как аллегорию качества среды обитания человека.
Для того чтобы найти благоприятный выход из критической ситуации, человек должен осознать ее реальную опасность. Затем, на
основе знаний законов природы попытаться отрегулировать свои взаимоотношения с природой, гармонично вписать свою хозяйственную
деятельность в глобальный цикл метаболизма биосферы. Иными словами, ради выживания на планете Земля человек должен взять на себя,
кроме естественной для него функции консумента, выполнение двух
дополнительных экологических функций биоты: продуцента и редуцента (рис. 2).
Резервы биосферы при таком стремительном росте антропогенного воздействия быстро истощаются и могут скоро иссякнуть. И если
человек в самое ближайшее время не сможет найти разумного и эффективного способа поддержания гомеостаза биосферы, он исчезнет
как биологический вид, лишивший себя экологической ниши.
После избавления от алчного покорителя природы, биосфера быстро захоронит всю третичную продукцию, восстановит нарушенное
динамическое равновесие и продолжит очередной виток эволюции.
Когда-нибудь в результате эволюционного развития появится новое
разумное существо, которому придется пройти все стадии развития человеческой популяции и подойти к финишной черте. Если это существо успеет до перехода критической черты придумать способ преодоления системного экологического кризиса, оно выживет, а если не успеет
– погибнет, как погибли многие
цивилизации, следы которых
мы периодически обнаруживаем на нашей планете.
Если же разумное существо сумеет найти компромисс
в отношениях с биосферой и
научится с помощью Разума
регулировать цикл метаболизРис. 2. Метаболизм биосферы–
ма глобальной экосистемы с
ноосферы
193
пользой для себя и без ущерба природе, оно сможет в очередной раз
поднять планку лимита численности популяции и обеспечить бесконфликтный переход биосферы в ноосферу – сферу Разума.
Принцип бесконфликтного перехода биосферы в ноосферу довольно прост. Необходимо сохранить максимально возможную площадь естественных экосистем, а на остальной территории создать два управляемых человеком функциональных блока (анаболизма и катаболизма),
чтобы гармонично вписать их в общий цикл метаболизма биосферы.
Блок анаболизма должен с помощью каскада технологических операций
обеспечить многократное увеличение производства первичной биологической продукции в аграрных и урбанизированных экосистемах. Блок
катаболизма должен с помощью другого каскада технологических операций обеспечить утилизацию накопленных запасов отработавшей ресурс
первичной, вторичной и третичной (антропогенной) продукции. Эти искусственные блоки должны стать дополнением к естественным биосферным процессам, компенсирующим автоматически дисбаланс метаболизма биосферы, вызванный хозяйственной деятельностью человека.
Для создания искусственного блока анаболизма уже сейчас имеются некоторые наработки в области теории фотосинтеза и механизма
его первичных процессов (школа Красновского–Ничипоровича–Шувалова). Есть хорошие результаты генной инженерии по выведению
новых сверхпродуктивных сортов деревьев. Ливерморская лаборатория (США) вывела для целей биоэнергетики новый сорт тополя, который за 3 года набирает массу 30–летнего дерева. Есть успехи земледелия закрытого грунта и некоторые другие.
Н.В. Тимофеев-Ресовский еще в 1968 г. написал: «Уже на основе
того, что научно уже сейчас понятно и возможно, мы можем повысить
продуктивность биосферы в 6–8 раз». (Цит. по: Тюрюканов, Федоров,
1995, с. 57), Он имел в виду увеличение плотности зеленого покрова
Земли, отбор и культивирование растений с наибольшим КПД фотосинтеза, селекцию особо продуктивных культурных растений и домашних животных, расширение ассортимента видов, потребляемых в
пищу, переход от монокультуры к полидоминантным посевам.
Надо сконцентрировать весь отечественный и зарубежный опыт в
этой области на проблеме управления механизмом фотосинтеза, чтобы
повысить его эффективность.
Блок катаболизма придется создавать практически с нуля. Существуют отдельные локальные примеры раздельного сбора и утилизации
некоторых компонентов из гигантской массы отходов жизнедеятельности человека. Этого мало. Нужна мощная индустрия вторичного
использования отходов производства и потребления, которая заставит
194
человечество научиться у Природы и организовать безотходное хозяйство на Земле.
Переход биосферы в ноосферу может осуществиться с помощью
Просвещенного Разума, который заставит людей неукоснительно соблюдать законы природы, отказаться от милитаризации, пожирающей
ресурсы, и сконцентрировать интеллектуальный потенциал на решении проблемы выживания человека на космическом корабле с названием «Земля». Очередной подъем планки лимита численности популяции ускорит растекание Жизни по Земле, ближнему и дальнему
Космосу, как предсказал В.И. Вернадский.
Литература
Вернадский В.И. Биосфера. Избр. Соч. Т.5. М.: Изд. АН СССР, 1962. 422 с.
Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М., 1995.
Кирюшин В.И. Экологизация земледелия и технологическая политика. М.: Изд.
МСХА, 2000. 473 с.
Марчук Г.И., Кондратьев К.Я. Приоритеты глобальной экологии. М.: Наука, 1992. 264 с.
Моисеев Н.Н. Человек и ноосфера. М.: Молодая гвардия, 1990. 351 с.
Одум Ю. Основы экологии. М.:Мир, 1975. 740 с.
Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Естественное районирование страны может вывести ее на новый уровень // Экология России. 2000. С.54–57.
Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Н.В.Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья.
М.: РАЕН, 1996. 368 с.
Циолковский К.Э. Исследование мировых пространств реактивными приборами.
Собр. соч. Т.2. М., 1954. С.100–139.
Шварц С.С. Экологические закономерности эволюции. М.: Наука, 1980. 278 с.
МЕХАНИЗМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОЧВЫ
В ЭКОСИСТЕМЕ
А.С. Керженцев, д.б.н., Р.В. Тращеев, аспирант
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино
Ю.С. Цвигун, магистрант
Пущинский государственный университет
Изменение глобального климата и антропогенной нагрузки на
биосферу могут вызвать непредсказуемые изменения почвенного покрова – основной продовольственной базы человечества. Для объективного прогнозирования состояния почвенных ресурсов нужны знания
физиологии почв, законов их изменчивости во времени, механизма
реагирования почв на воздействия факторов среды в масштабе реального, а не геологического времени.
195
Почва – уникальный и сложный объект исследований. Она имеет три
определения, которые используются одновременно и не мешают друг другу:
а) почва – объект труда и средство производства;
б) почва – естественноисторическое биокосное тело природы;
в) почва – незаменимый компонент экосистемы (биосферы).
Поскольку все три определения относятся к любой почве, каждый
исследователь выбирает то определение, которое ему более удобно для
работы. Первым обычно пользуются аграрии и чиновники, вторым –
профессиональные почвоведы, третьим – экологи. Всем удобно, и все
правильно. Тем не менее, каждое определение отражает конкретный
этап развития почвоведения, имеет свой набор знаний о почве.
Первое утилитарное определение зародилось вместе с земледелием
и до сих пор служит объектом прикладных почвенных исследований.
Второе определение сформулировано в конце XIХ века В.В. Докучаевым
– основоположником научного почвоведения. Оно зародилось в недрах
геологии на основе отличительных признаков почвы от геологической
породы и до сих пор не утратило родство с материнской наукой.
Третье определение возникло в 70-е годы ХХ столетия по инициативе В.А. Ковды, как призыв к изучению функции почвы в составе
экосистемы и роли почвенного покрова в биосфере Земли. Почвоведы
приняли новое определение почвы как компонента экосистемы к сведению и продолжили работу с биокосным телом природы. В процессе
«имплантации» почвы в структуру и, особенно в функцию экосистемы, возникли неожиданные осложнения:
а) почва существует в геологическом масштабе времени, а остальные компоненты экосистемы (растения, животные, микроорганизмы)
в реальном времени;
б) уникальные свойства, характеризующие почву, не имеют продолжения в других компонентах экосистемы;
в) не совсем понятно, какую функцию выполняет почва как компонент в механизме функционирования экосистемы – в цикле ее метаболизма. Г.В. Добровольский и Е.Д. Никитин (1986, 1990) выделили у
почвы 17 экологических функций, но их сложно вписать в цикл метаболизма экосистемы.
И.А. Соколов и В.О. Таргульян в 1976 г. впервые в мире показали
наличие в почве двух характерных времен: «почва-память» и «почвамомент». При этом оказалось, что «почва-память» обладает всеми атрибутами объекта исследования (определение, параметры, критерии
оценки, классификация, диагностика), а «почва-момент» не имеет
ничего, даже определения. Авторы не стали развивать дальше свою
плодотворную идею. Мы попытались это сделать.
196
Структура экосистемы
Сначала мы использовали термин «биокосное» тело природы:
«био» (почва-момент) и «косное» (почва-память). Но оба объекта оказались ущербными, неполноценными. Тогда мы решили рассматривать почву в составе экосистемы с двух разных позиций: а) с позиции
структуры (анатомии) и б) с позиции функции (физиологии). В итоге
получилось два вполне самостоятельных объекта исследований, обладающих разными параметрами (рисунок).
Совокупность генетических горизонтов почвенного и ярусов растительного покрова в границах почвенного контура составляют трехмерную анизотропную структуру экосистемы с набором морфологических и физико-химических признаков.
С функциональной позиции экосистема – симбиотическое сообщество автотрофной и гетеротрофной биоты (растительного и почвенного покрова), которое функционирует автономно за счет обмена
симбионтов продуктами (отходами) жизнедеятельности. Поэтому
почвенный профиль и каждый его горизонт можно представить как
биологический реактор, в который поступает отработавшая ресурс и
отмершая биомасса, а выходит минеральная масса в форме газов, солей
и коллоидов. Часть минеральных элементов усваивается растениями,
197
другая часть гумифицируется и откладывается в запас, третья – покидает экосистему и переходит в сферу геологического круговорота. Стабильность структуры растительных ярусов и почвенных горизонтов
обусловлена цикличностью метаболизма экосистемы и стационарным
режимом функционирования экосистемы.
Метаболизм, как обмен вещества и энергии – универсальный
механизм функционирования всех живых систем: клетки, организма,
экосистемы, биосферы. Он состоит из трех циклически сменяющих
друг друга функций: анаболизм, некроболизм, катаболизм. Анаболизм
– превращение минеральных элементов в живую биомассу с расходованием части биомассы на свое жизнеобеспечение. Некроболизм – превращение живой биомассы в мертвую некромассу с одновременным
возрождением новой жизни в форме семян, спор, зародышей. Катаболизм – превращение некромассы в минеральную массу при одновременном вторичном синтезе гумуса, как запаса элементов минерального
питания для будущих фитоценозов.
Функцию анаболизма осуществляет фитоценоз, а функцию катаболизма – педоценоз – гетеротрофный биологический комплекс
экосистемы вместе с исходными, промежуточными и конечными продуктами деструкции некромассы. Каждый из них получает в цикле
метаболизма полный ассортимент ресурсов жизнеобеспечения с минимальными затратами.
Степень замкнутости цикла «синтез-распад» в естественной экосистеме достигает 99 % ее общей массы – экомассы. (Г.И. Марчук,
К.Я. Кондратьев, В.Г. Горшков). Потери вещества экосистемы в геологический круговорот 1 % компенсируются за счет атмосферных выпадений и выветривания горных пород. Модельные расчеты показали,
что время полного обновления органического профиля дерново-подзолистых почв составляет 70–80 лет, серых лесных почв 120–150 лет,
черноземов 350–500 лет, красноземов 5–10 лет.
Механизм функционирования экосистемы и ее компонентов
(фитоценоза и педоценоза) контролируется факторами среды: естественными и антропогенными. Причем, естественные факторы воздействуют непосредственно на функцию, а антропогенные – на структуру
экосистемы и ее компонентов: фитоценоза и педоценоза.
Природные экосистемы адаптированы к определенному диапазону факторов среды, который соответствует их средним многолетним
значениям. В этом относительно стабильном диапазоне экосистема и
ее компоненты функционируют в нормальном режиме оптимума. Колебания факторов в пределах данного диапазона вызывают количественные изменения параметров экосистем, которые называются флук198
туациями. Они не меняют таксономического положения экосистемы и
ее компонентов.
Устойчивые, долговременные отклонения факторов среды к границам диапазона или за его пределы, сопровождается качественными
изменениями параметров экосистемы и переходом ее в другой таксон
классификации. Такие изменения называются метаморфозами. Они
обратимы, поэтому после возврата факторов в прежний диапазон, параметры экосистемы постепенно приобретают исходное состояние.
В результате суточных, годовых и многолетних колебаний факторов среды экосистемы вынуждены функционировать в трех переменных режимах: оптимум, пессимум, экстремум. В оптимальном
(нормальном) режиме скорость биохимических реакций и физиологических процессов средняя, соответствует генетической программе
видов, входящих в состав биоты экосистемы. В режиме пессимума
функциональные процессы экосистемы и ее компонентов совершаются замедленно, а в режиме экстремума – ускоренно. Экосистемы
адаптируются к постоянным колебаниям факторов среды с помощью
изменений видового состава автотрофной и гетеротрофной биоты,
уплотнения экологических ниш и повышения степени замкнутости
круговорота вещества. В результате многократных адаптивных реакций в экосистеме со временем происходят преобразования структуры,
появляются новые признаки, которые частично вытесняют прежние
и создают атрибуты нового таксона классификации. Такие изменения
называются эволюционными, они прогрессивны и необратимы.
Флуктуации проявляются в ежегодных изменениях величин прироста и опада биомассы, эмиссии газов, биологической активности,
концентрации и состава почвенных растворов, содержания гумуса, рН,
ОВП и других динамических параметров экосистем.
Метаморфозы лучше всего наблюдать в периоды сукцессий экосистем, когда стадии, представленные разными типами фитоценозов,
последовательно сменяют друг друга. Причинами метаморфозов могут быть как природные явления и катастрофы (пожары, подтопления,
оползни, землетрясения), так и различные антропогенные воздействия
(вырубка леса, распашка, эрозия почв).
Эволюционные изменения можно заметить при историческом
анализе почвенного покрова конкретной территории.
Традиционно динамику природных экосистем принято оценивать
по изменчивости фитоценоза. Во-первых, потому что динамику педоценоза учесть гораздо сложнее, а во-вторых, структура педоценоза обладает большей устойчивостью к внешним воздействиям, чем структура фитоценоза. Только в последнее время почвенные сукцессии стали
199
объектом научного анализа (Васенев, 2008). Но и в этом исследовании
преобладает механистический подход к изменчивости почвенного профиля (ветровалы, криотурбации, антропогенные воздействия). Процессы биогеохимических преобразований под влиянием изменений
гидротермических условий практически не рассматриваются. Однако
почва и растительность связаны единством биологического круговорота вещества, поэтому изменения одного компонента экосистемы
обязательно отражается на состоянии другого и на общем состоянии
экосистемы.
Н.В. Тимофеев-Ресовский (1996, с.55) очень кратко выразил представление о биосфере: «энергетический вход в виде солнечной энергии, большой биосферный круговорот и выход из него в геологию, в
осадочные горные породы».
Друг В.И. Вернадского А.Л. Личков еще в 30-е годы ХХ века высказал крамольную мысль: «Более правомерно говорить не о почвообразующей роли пород, а о породообразующей роли почв». Поэтому
почвенный горизонт С следовало бы называть не почвообразующей
материнской породой, а почвообразованной дочерней.
С позиций метаболизма экосистемы эта мысль совершенно правдоподобна, поскольку подпочвенные седименты представляют собой
отходы метаболизма экосистемы – «шлаки», образованные в процессе
минерализации самых устойчивых фракций гумуса почвы. Поэтому в
слоях осадочных пород археологи обнаруживают захоронения жилищ,
орудий труда, запасов зерна древних жителей. Традиционные утверждения об аквальном и эоловом генезисе археологических захоронений
можно признать корректными только при наличии струйных морфонов в толще покровных отложений. Этот механизм лежит в основе
почвенной теории происхождения лессов Л.С. Берга.
Чем дольше не меняются условия среды и режим функционирования экосистемы, тем больше мощность подпочвенных седиментов данного состава. Изменение условий среды вызывает изменение режима
функционирования экосистемы и метаморфоз ее структуры. Метаболизм новой экосистемы продуцирует «шлаки» другого состава. Слоистость осадочных пород представляет собой застывший календарь
природы, который нам еще предстоит расшифровать.
Почва – функциональный компонент экосистемы, выполняющий
функцию катаболизма – утилизации отмершей биомассы в минеральные элементы, необходимые фитоценозу для выполнения функции
анаболизма – синтеза биомассы из минеральных элементов с помощью солнечной энергии. Фитоценоз и педоценоз образовали в процессе эволюции жизни автономное симбиотическое сообщество, которое
200
осуществляет функцию метаболизма путем обмена симбионтов продуктами (отходами) жизнедеятельности.
На других планетах, при отсутствии живых систем, почвы образоваться не могут. Однако, слоистые образования, похожие на почвенный профиль, могут хранить реликты былого почвообразования в виде
минеральных конкреций, вторичных минералов, кутан. Эти признаки
можно использовать в качестве аргументов существования жизни на
планете в прошлом.
Минералогический и химический состав горизонта С почвенного
профиля является свидетелем современного этапа почвообразования в
каждой почвенно-климатической зоне. Слоистый горизонт С – показатель смены гидротермического режима функционирования экосистем,
а мощность слоев определяется продолжительностью периода функционирования экосистем в конкретном гидротермическом диапазоне.
Выводы. 1. «Почва-момент» или «педоценоз» – это биологический реактор, перерабатывающий отмершую биомассу в минеральные
элементы и гумус, в его составе гетеротрофный биологический комплекс экосистемы вместе с исходными, промежуточными и конечными
продуктами разложения некромассы.
2. Педоценоз в метаболизме экосистемы выполняет функцию
катаболизма – диссимиляции сложных органических веществ отработавшей ресурс и отмершей биомассы на минеральные элементы,
которые использует фитоценоз для выполнения функции анаболизма
– ассимиляции простых минеральных веществ в сложные органические вещества биомассы.
3. Базовыми параметрами педоценоза как объекта исследования
являются: характерная масса органического вещества почвенного профиля (ХМ), характерная структура этой массы в почвенном профиле
(ХС), характерное время обновления массы органического вещества
всего профиля и его отдельных горизонтов (ХВ).
4. Стабильность во времени и пространстве анизотропной характерной массы (ХМ) и морфологической структуры педоценоза (ХС)
обеспечивается цикличностью стационарного режима метаболизма
экосистемы, постоянством характерного времени (ХВ) обновления
органического вещества.
5. Колебания гидротермических условий, которые позволяют
педоценозу функционировать в режиме оптимума, сопровождаются флуктуациями параметров профиля в пределах прежнего таксона
классификации. Отклонения гидротермических условий за пределы
среднего многолетнего диапазона переводят педоценоз в режим пессимума (замедленный) или экстремума (ускоренный). Новый режим
201
функционирования педоценоза формирует новую структуру его органического профиля и вызывает метаморфоз – переход педоценоза в
другой таксон классификации. При возврате прежних условий среды
структура педоценоза может вернуться в исходное состояние.
Литература
Васенев И.И. Почвенные сукцессии. М.: Изд. ЛКИ, 2008. 400 с.
Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. М., 1995.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.:
Наука, 1990. 261 с.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экологические функции почвы. М.: МГУ, 1986. 136 с.
Керженцев А.С. Функциональная экология. М.: Наука, 2006. 259 с.
Ковда В.А., Бугровский В.В., Керженцев А.С., Зеленская Н.Н. Модель трансформации органического вещества в почве для количественного изучения функции почвы в
экосистемах // ДАН СССР. 1990. Т. 312, № 3. С. 759–762.
Личков Б.Л. Современный литогенез на материковых равнинах // Изв. АН СССР,
сер. геогр. и геофиз. 1945. Т. 9, № 5–6. С. 547–564.
Марчук Г.И., Кондратьев К.Я. Приоритеты глобальной экологии. М.,Наука, 1992. 264 с.
Соколов И.А., Таргульян В.О. Взаимодействие почвы и среды: почва-память и почва-момент //Изучение и освоение природной среды. М.: ИГАН, 1976. C. 150–164.
ПОНЯТИЯ ПОЧВЕННОГО ПЛОДОРОДИЯ И КАЧЕСТВА
ЗЕМЛИ В СВЕТЕ БИОСФЕРНОЙ ПАРАДИГМЫ
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
В.И. Кирюшин, д.б.н., академик РАСХН
Кафедра почвоведения РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
Принятие мировым сообществом декларации устойчивого развития общества (Рио-де-Жанейро, 1992) означало смену антропоцентрической парадигмы природопользования биосферной. Новая идеология
требует пересмотра многих представлений, сложившихся с чисто потребительских позиций, в том числе таких категорий как земля, почва,
плодородие почв, деградация почв и ландшафтов и др.
С позиций биосферной парадигмы земля должна рассматриваться
как природно-территориальный комплекс, выполняющий экологические, ресурсные, рекреационные и другие функции, а почва как базовый компонент биосферы. В развитие классических представлений
понятие почва может быть сформулирована следующим образом: почва – естественноисторическое тело, возникшее на поверхности Земли
в результате изменения горных пород под влиянием климата, биоты,
деятельности человека, характеризующееся экологическими и произво202
дительными функциями в определенных биогеоценозах и агроценозах.
С позиций новой парадигмы природопользования существенно
корректируются понятия деградации ландшафтов и почв, которые
традиционно рассматривались как ухудшение их свойств и производительных функций. В новой интерпретации на первый план оценки
выходит степень сохранения экологических функций. Таким образом, под деградацией агроландшафта следует понимать его негативные изменения, выражающиеся в снижении или утрате способности
выполнять функции воспроизводства ресурсов и среды и социальноэкономические функции. Деградация почв – устойчивое ухудшение их
свойств и связанное с ним сокращение или утрата экологических и производительных функций.
Особого переосмысления требует понятие почвенного плодородия. Плодородие почвы сложилось как потребительская категория со
всевозможными пожеланиями его увеличения, расширения, которые
на практике не часто реализуются. С позиций новой парадигмы производственные и социальные функции не должны находиться в противоречии с экологическими функциями почв. Более того, экологический
императив требует сохранения экологических функций почв и наложения ограничений на те виды деятельности, которые наносят ущерб
этим функциям. К таковым относятся биоэкологические, биоэнергетические, биогеохимические, гидрологические и гидрогеологические,
газоатмосферные и биогеоценотические функции.
Плодородие почвы охватывает агрономически и экологически
значимые характеристики почвы, процессы и режимы. С развитием
биосферной идеологии природопользования это понятие приобретает более широкий смысл по сравнению с традиционным определением В.Р. Вильямса (1940): «способность почвы в той или иной степени
удовлетворять растения в потребности их в земных факторах носит
название плодородия почвы и представляет ее качественное отличие
как природного тела от других природных тел…».
В учебнике «Почвоведение» под редакцией И.С. Кауричева (1989)
это определение представлено в более развернутом виде: «под плодородием следует понимать способность почв удовлетворять потребности растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые
системы достаточным количеством воздуха, тепла и благоприятной
физико-химической средой для нормального роста и развития. Плодородие – существенное качественное свойство почвы, отличающее ее
от горной породы».
Данное понятие требует уточнения в агрономическом отношении
и развития в экологическом аспекте. Трактовка плодородия как специ203
фического свойства почвы в отношении обеспечения урожая растений
не достаточна. Урожай культурных растений невозможно получить на
многих почвах – солончаках, такырах и других. В то же время он может
быть получен на обнаженных почвообразующих породах и различных
субстратах. Вопрос заключается в эколого-экономической устойчивости плодородия и в воспроизводстве его условий. На одних почвах можно получать относительно устойчивые урожаи в течение многих лет,
другие довольно быстро сокращают или теряют эту способность из-за
дегумификации, сработки торфа, эрозии, засоления, заболачивания и
т.д. На некоторых сильно смытых почвах при достаточном увлажнении и применении минеральных удобрений и пестицидов можно получить достаточно высокие урожаи сельскохозяйственных культур,
что, однако, может завершиться ухудшением качества окружающей
среды и продукции, поскольку деградированная почва с ослабленной
буферностью и биогенностью не сможет противостоять повышенной
антропогенной нагрузке. Очевидно, недостаточно оценивать плодородие почвы с узких позиций достижения урожайности растений безотносительно к условиям, характеру и последствиям ее использования.
Несомненно, традиционная трактовка плодородия почвы лишь с
позиций оценки производительных функций должна быть приведена
в соответствие с требованиями экологического императива, то есть
плодородие почвы должно рассматриваться не только как способность
производить урожай растений, но обеспечивать воспроизводство самой почвы как среды жизнеобеспечения. Плодородие почвы определяется производительной, экологической и социально-экономической
функциями.
Производительная функция – это способность почвы обеспечивать растения непосредственными факторами жизни, то есть элементами питания и водой. Экологические функции связаны с поддержанием
определенных условий среды, от которых зависит рост и развитие растений, урожайность и качество продукции.
Возможности интенсификации производительных функций определяются: экологической емкостью почв, способностью их поддерживать оптимальные фитосанитарные условия, противостоять накоплению токсинов, удерживать их в неактивном состоянии, обеспечивать
их разложение; буферной способностью по отношению к минеральным
удобрениям и мелиорантам и предотвращению их потерь, способностью противостоять физическим нагрузкам, воздействию орошения и
т.д. Этот список должен быть продолжен общебиосферными функциями почв (Добровольский, Никитин, 1990).
Влияние экологических функций на производительную функцию
204
почв может быть количественным или качественным или тем и другим.
Например, загрязнение почв тяжелыми металлами и радионуклидами
до определенного предела может не оказывать влияния на урожайность, но негативно влиять на качество продукции, ее зараженность,
а при высоких уровнях загрязнения и на урожайность, и на загрязненность. На загрязненных радионуклидами почвах можно произвести
определенные виды безопасной сельскохозяйственной продукции,
однако само производство представляет опасность для товаропроизводителей. В этом смысле можно говорить о социально-экологическом
аспекте плодородия почвы, связанном с условиями производства и
жизни товаропроизводителей.
Имеет место также социально-экономический аспект почвенного
плодородия, связанный с экономическими и энергетическими затратами на производство продукции, которые различаются в зависимости
от почвенных и других условий агроландшафта.
Таким образом, плодородие почвы – весьма емкая категория, определяющая качество почвы, различные ее функции и соответственно
предпосылки обеспечивать экологически устойчивую продуктивность
биогеоценозов и агроценозов.
Экологическая мера плодородия почв – среднегодовая первичная
продукция всей биомассы биогеоценоза. В потребительском (хозяйственном) отношении эта мера – урожайность растений. Она дополняется качественными показателями продукции, энергетическими и
экономическими затратами на ее получение и, особенно, условиями
обеспечения экологической безопасности продукции, окружающей
среды и экологической устойчивости почв и агроландшафтов.
Важное значение имеет запас биомассы, остающейся в почве после изъятия урожая и ее структура. Осознание этой проблемы в земледелии проявляется в виде активизации работ по мульчированию поверхности почвы растительными остатками, использованию соломы,
сидерации, расширению посевов многолетних трав и др. Абстрактные
построения гумусового баланса почв уступают место установлению
уровня содержания лабильного органического вещества, которое
должно поддерживаться во избежание явлений выпаханности почв.
Все очевиднее становится необходимость разработки оптимальных
биотических параметров почв по составу и количеству микролоры, мезофауны и др. С оптимизацией этих параметров связываются надежды
на биологическое саморыхление почвы при минимизации почвообработки, которая получает активное развитие в земледелии,
По большому же счету «оживление» почв, находящихся в активном
сельскохозяйственном обороте, является пока еще не вполне осознанным
205
условием предотвращения их деградации. Деятельность живых организмов обусловливает воспроизводство почвы и ее плодородия.
С учетом изложенного, плодородие почвы представляется как совокупный эффект почвенных условий, обусловливающих урожайность
растений, качество продукции, ее себестоимость и поддержание экологических функций почвы в определенных агроландшафтах.
Различаются категории природного и природно-экономического
плодородия. Первое обусловлено природными факторами почвообразования и почвенными процессами, второе является следствием естественно-антропогенного процесса почвообразования – окультуривания
или деградации. Той и другой категориям присущи потенциальная и
эффективная форма плодородия.
Потенциальное плодородие характеризуется богатством почв и
определенным набором их агрономических свойств, от которых зависит формирование почвенных режимов: содержание и запасы гумуса,
количество лабильного органического вещества; запасы питательных
веществ; гранулометрический и минералогический состав; состав
ППК; засоленность; солонцеватость; сложение почвы и структурное
состояние; заболоченность; биологическая активность.
Эффективное плодородие характеризуется почвенными режимами и свойствами почв, непосредственно влияющими на рост, развитие
растений, формирование урожая и его качество: режим элементов питания; водный режим (содержание и динамика доступной влаги); воздушный режим (содержание О2, СО2 в почвенном воздухе); тепловой
режим (температура почвы, ее динамика); реакция почвенного раствора; содержание фитотоксических соединений; содержание стимуляторов роста и других физиологически активных веществ.
Состояние почв по всем этим параметрам в значительной мере определяется характером их использования, в особенности системами земледелия и агротехнологиями. Оптимизация параметров эффективного
плодородия почвы в связи с агротехнологиями различного уровня интенсификации осуществляется на основе изучения системного взаимодействия элементов плодородия и элементов систем земледелия в многофакторных полевых экспериментах. На их основе разрабатываются
математические модели земледелия, интенсивных и высоких агротехнологий и соответственно субмодели эффективного плодородия почв.
Различные элементы плодородия по-разному оцениваются в зависимости от уровня интенсификации земледелия. Например, при
экстенсивном земледелии содержание гумуса в почве рассматривается как главный источник питания растений, а в интенсивных агротехнологиях как важное экологическое условие, определяющее возмож206
ность той или иной агрохимической нагрузки.
Оценка плодородия почвы должна сопровождаться характеристиками ее устойчивости к деградации и экологическими нормативами
текущей антропогенной нагрузки. Например, эксплуатация высокого
эффективного плодородия осушенной торфяной болотной почвы безотносительно к этим категориям может привести к ее деградации и в
конечном итоге утрате потенциального плодородия вместе с почвой,
если не учитывать темпы сработки торфа в различных условиях, ориентируясь лишь на достижение высокой производительности почвы.
Экологический аспект оценки эффективного плодородия включает
также способность почвы к самоочищению.
Оценка плодородия имеет также энергетический и экономический
аспекты с точки зрения затрат энергии и производственных ресурсов
в зависимости от почвенных условий. В частности, энергетические и
экономические затраты на механическую обработку почв зависят от их
структурного состояния, определяемого в свою очередь содержанием
органического вещества, особенно лабильного.
Почвенные условия наряду с другими агроэкологическими (агроклиматическими, геоморфологическими, литологическими, гидрогеологическими) и производственными условиями, влияющими на
удовлетворение потребности растений в факторах жизни (свет, тепло,
влага, воздух, элементы питания), а также экологические функции и
устойчивость агроландшафта, определяют качество земли (рисунок).
Итоговым критерием оценки качества земель является их производительность, которая должна характеризоваться выходом продукции с единицы площади при различных уровнях интенсификации
земледелия, технологическим и экологическим качеством продукции,
удельными энергозатратами, экономическими показателями при обеспечении экологической устойчивости агроландшафтов.
Достижение гармонии между производительными и экологическими функциями почв и ландшафтов определяет сущность экологизации землепользования. Инструментом решения этой задачи в мировой
практике становится ландшафтное планирование, под которым понимают разработку планов использования ландшафтов для удовлетворения общественных потребностей при условии сохранения или улучшения средовоспроизводящих и ресурсовоспроизводящих способностей
ландшафта с целью устойчивого жизнеобеспечения.
С 1992 г. в России развиваются ландшафтно-экологические подходы к земледелию и землеустройству, положено начало проектированию адаптивно-ландшафтных систем земледелия (Кирюшин, 1996).
Методология их формирования включает следующие задачи: сохране207
208
Условия, определяющие качество земли и ее производительность
ние и восстановление биоразнообразия; размещение сельскохозяйственных культур в соответствии с агроэкологическими условиями,
оптимизация соотношения природных и различных сельскохозяйственных угодий, гармонизация животноводства и земледелия; создание оптимальной инфраструктуры агроландшафтов с учетом энергомассопереноса; повышение экологической устойчивости агроценозов;
оптимизация биологического круговорота веществ в агроландшафтах,
в особенности в системе ферма – поле – луг; повышение роли биологического азота за счет увеличения доли бобовых культур и стимулирования процессов азотфиксации; регулирование поверхностного стока,
гидрогеологического и гидрологического режимов в пределах устойчивости агроландшафтов и сопредельных природных ландшафтов;
поддержание поверхности почвы под покровом растений и растительных остатков, мульчирование; сокращение механических воздействий
на почву, создание условий для биологического саморыхления; оптимизация структуры и функционирования агроценозов с учетом биоценотических связей; регулирование численности вредных организмов
и полезных энтомофагов с использованием биологических средств и
химических препаратов близких по своим свойствам к природным соединениям.
Для проектирования адаптивно-ландшафтных систем земледелия
(АЛСЗ) разработаны система агроэкологической оценки земель, их
агроэкологическая оценка, типология и ландшафтно-экологическая
классификация, методика почвенно-ландшафтного картографирования (Кирюшин, 2010).
Литература
Вильямс В.Р. Почвоведение. Избр. соч. М.: Сельхозгиз, 1940. Т. 1, 289 с. Т.2, 224 с.
Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.:
Наука, 1990. 260 с.
Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996, 354 с.
Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение. М.: КолосС, 2010. 677 с.
Почвоведение / Под ред. И.С .Кауричева. М.: Агропромиздат, 1989. 719 с.
209
МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ
ЭЛЕМЕНТОВ В ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ПРИ
КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ:
ЛЕСНЫХ ПОЖАРАХ, ВЕТРОВАЛАХ, СПЛОШНЫХ
РУБКАХ
А.С. Комаров, д.б.н., профессор
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
Биологический круговорот элементов суши происходит при
сильном антропогенном участии: возникают и сменяются системы
природопользования, происходит интенсивная вырубка лесов, в результате развития промышленных технологий происходит сильное
загрязнение ксенобиотиками и парниковыми газами. Происходят изменения климата.
Анализ последствий таких изменений может быть проведен с
помощью математического моделирования, являющегося единственным методом, который позволяет проанализировать причины наблюдаемых изменений и дать прогноз при различных реальных сценариях возможных изменений факторов, определяющих продуктивность
растительности и биологический круговорот элементов в наземных
экосистемах.
Система моделей EFIMOD. В данной работе для оценки динамику древесной растительности и различных пулов органического
вещества почвы при внешних воздействиях использована система
моделей EFIMOD (Моделирование…, 2007; Komarov et al., 2003), описывающая совместный круговорот углерода и азота в системе “древостой–почва”. Она состоит из четырех основных блоков: модели
роста биомассы отдельного дерева, пространственной индивидуально-ориентированной модели древостоев (в том числе смешанных и
разновозрастных), модели динамики органического вещества в почве
ROMUL (Chertov et al., 2001) и статистического генератора почвенной погоды SCLISS (Быховец, Комаров, 2002).
Основные допущения системы моделей EFIMOD: 1) древостой
моделируется состоящим из отдельных деревьев, растущих на однородной почве и расположенных в ячейках квадратной решетки,
клетки которой достаточно малы (0,5×0,5 м), чтобы содержать более
одного дерева; по мере роста дерева площадь питания увеличивается
за счет присоединения соседних клеток; 2) каждое дерево состоит из
пяти компонентов (ствол, ветви, листья/хвоя, толстые корни, тонкие
корни) и обладает своей собственной зоной питания, зависящей от
210
возраста; 3) каждое дерево взаимодействует с множеством ближайших деревьев посредством затенения и корневой конкуренции за доступный азот из почвы; прирост дерева зависит от ресурса, находящегося в дефиците (поглощенная радиация или доступный азот).
В модели ROMUL рассматривается динамика четырех обобщенных пулов органического вещества почвы. Первые два пула относятся к лесной подстилке: слаборазложившаяся подстилка (горизонт L),
среднеразложившаяся подстилка (комплекс гумусовых веществ и неразложившихся растительных остатков (горизонты F и H). Два пула
органического вещества рассмотрены в минеральных горизонтах почвы: пул лабильного гумуса (активного органического вещества) со
скоростью разложения ≈ 5–10 % в год, участвующий в краткосрочном
круговороте углерода и азота и отражающий микробную активность
и активность почвенной фауны, включающий в себя биологическую
трансформацию мелких корней, разлагающихся со скоростью, зависящей от содержания азота и зольных элементов в соответствующих
фракциях корневого опада; стабильный гумус – комплекс гумусовых
веществ в минеральных горизонтах со скоростью минерализации
1–1,5 % в год. Существование и методы экспериментального определения таких фракций гумуса подробно описаны в работах (Jenkinson,
Rayner, 1977; Чертов, 1981; Кудеяров, 1999; Семенов и др., 2006). В
модели рассмотрены соответствующие пулы азота, а также определяются эмиссия СО2 из почвы и пул доступных для питания растений
форм азота. В качестве выходных переменных для оценки используется суммарный углерод почвы и древесины, запас древесины разных
пород деревьев и другие характеристики.
Входные параметры системы моделей EFIMOD для каждого вида
и возрастной группы в древостое: 1) средние диаметр и высота, число
деревьев на гектар; 2) пулы углерода и азота лесной подстилки и почвы,
включая сухостой и валеж; 3) среднемесячные температура воздуха и
осадки; гидрологические параметры почвы; 4) интенсивность пожара.
Соответствующие выходные параметры: 1) средние диаметр и высота, сумма площадей сечений, запас древесины, число деревьев на гектар; 2) биомасса, количество углерода и азота в каждом дереве; 3) пулы
углерода и азота почвы. В качестве начальных данных по древостою
использовались: возраст, средняя высота, стандартное отклонение высоты, средний диаметр, стандартное отклонение диаметра, количество
деревьев на гектар. Этими параметрами описываются каждый элемент
леса (группа деревьев, принадлежащих к одному виду, одной возрастной группы, со сходными биометрическими показателями). Входные
данные пересчитываются из стандартных лесоустроительных данных.
211
Верификация модели древостоя была проведена по независимым данным Приокско-Террасного заповедника (1979 г., 1990 г. и
2001 г.). Были выбраны выделы с доминированием основной породы
0,7 единиц состава и выше.
Верификация модели показала, что модель может быть применена для изучаемой лесной территории (рис.1).
Проанализируем с помощью модели такие катастрофические
внешние воздействия как лесные пожары (низовые и верховые), вет-
Рис. 1. Сравнение результатов моделирования с данными по
лесоустройству: а – средняя высота древостоя (м), б – средний
диаметр ствола (см); 1 – сосна, 2 – ель, 3 – береза; ось абсцисс
– возраст древостоя
212
ровалы, сплошные рубки главного пользования и рассмотрим их влияние на динамику основных пулов органического вещества почвы.
Мы ограничиваемся рассмотрением почвы, так как динамика
пулов углерода в лесной растительности при катастрофических воздействиях существенно более многокомпонентна: меняется видовой
и возрастной состав, в зависимости от изменившихся условий освещенности и круговорота элементов почвенного питания усиливается
конкуренция, приводя к сложным соотношениям между древесными
видами. Почва в этом случае представляет собой более инерционный
компонент лесной экосистемы, интегрирующий все изменения, происходящие в растительности.
Моделируемые участки. Для вычислительных экспериментов
проводились для данных по конкретным лесотаксационным выделам
Данковского лесничества опытного лесного хозяйства «Русский лес»,
относящихся к одному из наиболее распространенных типу условий местообитания (ТУМ) С3. Опытное лесное хозяйство «Русский лес» расположено в 100 км к югу от Москвы на территории двух административных
районов – Серпуховского и Ступинского (Экосистемы…, 1979).
Результаты моделирования естественного развития древостоев. Вначале рассмотрим динамику органического вещества почвы
при естественном развитии сосновых древостоев в ТУМе В3, представляющем сосняк сложный мелкотравный. При моделировании
его развития имитируется рост и формирование первоначально одновозрастного одновидового сосняка 1-го бонитета (максимальный
запас 600–650 м3/га), переходящего затем в результате имитации естественного возобновления в многовидовой смешанный лес с сосняком в верхнем ярусе.
На протяжении всего периода моделирования происходит накопление органического вещества в лесной подстилке (рис. 2), заметное
его увеличение происходит приблизительно в 100-летнем возрасте, что
объясняется выпадением старых деревьев первого поколения (небольшие пики накопления в течение всего 200-летнего периода связаны с
естественным возобновлением новых поколений деревьев). Аналогичная ситуация происходит и в лабильном пуле органического вещества
почвы минеральных горизонтов. На конечном этапе развития лесной
экосистемы заметен переход лабильного гумуса в стабильный гумус.
В течение 200-летнего периода моделирования углерод в стабильном гумусе почвы демонстрирует медленное увеличение. Первоначальное небольшое падение содержания органического вещества как в стабильном гумусе, так и в лесной подстилке и активном
пуле органического вещества почвы связано с дефицитом поступ213
Рис. 2. Динамика органического вещества в почве сосняка сложного
мелкотравного (ТУМ B3) при естественном развитии
ления свежего опада из молодого древесного яруса. Такая динамика
органического вещества почвы (ОрВП) описана ранее Ковингтоном
(Covington, 1981) и наиболее заметна на бедных местообитаниях.
Говоря о естественном развитии в смоделированных лесных экосистемах, можно сделать вывод, что органическое вещество почвы
находится в развитии, при котором стабильный гумус является буферным компонентом почвы и не претерпевает заметных изменений,
обусловленных динамикой древостоев. Поведение остальных почвенных характеристик связано с возрастными изменениями лесообразующих пород и сменой породного состава.
Лесные пожары – одни из ведущих экологических факторов, определяющих динамику лесных сообществ. Они вызывают комплекс преобразований в почвах, растительности и фауне, изменяют облик биогеоценозов. В современном мире фактор антропогенного воздействия человека
на лес сильно возрос, например, если в лесах Средней Сибири до 1900 г.
пожары наблюдались 4–5 раз в столетие, то сейчас они происходят раз в
десятилетие и даже чаще (Горбатенко, Ершова, 2006).
К сожалению, необходимо отметить, что динамика продукционных процессов и пулов органического вещества в почве при этом виде
воздействия изучена слабо и с позиций круговорота углерода влияние лесных пожаров также плохо изучено (Софронов и др., 2000).
Основная часть работ по лесным пожарам, акцентирует внимание на
причинах их возникновения, интенсивности (Мелехов, 1947; Исаев,
Коровин, 1997; Корчагин, 1954; Фуряев, 1996). При этом неясным остается соотношение сгоревших и частично обгоревших долей листвы,
ветвей, стволов, опадающих и подвергающихся дальнейшей минера214
лизации в зависимости от интенсивности пожара. Неизвестны условия гибели деревьев при обгорании и т.д.
По времени возникновения пожары делятся на: часто повторяемые – 5–30 лет; средние – 31–70 лет; редкие – 71–100; очень редкие
– более 100 лет (Фуряев и др., 2006). По типу принято различать следующие основные виды лесных пожаров: низовые и верховые.
Низовые, или наземные, пожары распространяются по поверхности почвы, при этом сгорает напочвенный травяно-моховой покров, лесная подстилка, лежащие на поверхности ветки, сучья, упавший сухостой. Происходит лишь повреждение стволов деревьев и
частично их корневых систем.
Рассмотрим результаты моделирования влияние интенсивных
низовых пожаров на сосняк лишайниковый (ТУМ В2). Через 50 лет
после начала моделирования происходит пожар (рис. 3), при котором
полностью сгорают неразложившийся опад (100 %) и больше половины лесной подстилки (60 %). Также при этом уменьшается поступление опада на почву вследствие повреждения деревьев (листья
или хвоя сгорают на 10 %). Такой пожар повторяется каждые 50 лет.
Полученные результаты дают возможность предположить, что при
низовом пожаре при сильном уменьшении лесной подстилки во время пожара (см. рис. 3), восстановление первоначальных значений
углерода и даже небольшое увеличение его количества происходит
относительно быстро. Ясно, что на общую динамику и возможное
уменьшение углерода в почве влияет отрезок времени между пожарами. Этот эффект мы продемонстрирует позже на примере верховых
Рис. 3. Динамика органического вещества почвы в сосняке
сложном мелкотравном (ТУМ B3) при низовых пожарах обычной
интенсивности
215
пожаров. В целом, на протяжении всего отрезка моделирования значительных изменений пулов органического вещества не происходит.
Баланс углерода в лесной подстилке при таком воздействии практически не меняется.
Верховые, или повальные пожары, где сгорает не только напочвенный покров, но горят и кроны деревьев (хвоя, листья, ветви). Влияние верховых пожаров на лес также может быть кратковременным
(отпад деревьев) и длительным (изменение возрастной структуры и
состава пород).
При верховых пожарах повреждения самые сильные: горят кроны деревьев, а также сухие сучья – их биомасса в сосняках составляет 30–35 % биомассы крон. Стволовая древесина растущих деревьев
обычно не горит. Подстилка обычно сгорает вся, а гумус минеральной
части почвы и заключенные в ней корни нет (Софронов и др., 2000).
Объем сгоревшего материала при верховых пожарах в моделируемой лесной экосистеме намного больше, чем при низовых. Опад
сгорает на 100 %, листья или хвоя на 100 %, корни на 30 %, стволы на
5%, ветви на 60% и подстилка на 80 %. Прекращается поступление
опада и сгорает весь неразложившийся растительный опад и лесная
подстилка. Значительно уменьшается поступление опада на почву
вследствие гибели деревьев.
При таком пожаре запасы углерода в подстилке не восстанавливаются. При верховых пожарах в данном ТУМ наиболее устойчивы запасы углерода в активном органическом веществе и стабильном гумусе.
Восстановление углерода в этих пулах ОрВП происходит достаточно
активно, а количество стабильного гумуса несколько возрастает.
При частых пожарах динамика органического вещества в почве сосняка сложного происходит резкое уменьшение количества углерода в пулах ОрВП (рис. 4). Содержание углерода в стабильном
гумусе в сосняке сложном мелкотравном при более частых пожарах
восстанавливается в межпожарные периоды, но не полностью. Общей
тенденцией в динамике этого пула за 200-летний период является
снижение количества углерода, хотя при этом количество лабильного гумуса постоянно увеличивается за счет отмирания и разложения
корневых систем.
Верховые пожары являются одними из самых мощных катастрофических природных воздействий, даже небольшая частота возникновения
которых приводит к изменениям во все системе.
Динамика органического вещества в лесных экосистемах при массовых ветровалах. Для большинства районов лесной зоны характерен
периодически повторяющийся массовый вывал деревьев, который не216
Рис. 4. Динамика пулов органического вещества в сосняке сложном
мелкотравном при верховых пожарах через каждые 50 лет
редко сопровождается катастрофическим разрушением древостоя и переходом значительных площадей леса в категорию ветровала. При этом
изменение структуры древостоя связано, по большей части, с выпадением
старовозрастных деревьев (Скворцова и др., 1983). Хорошо выраженный
ветровальный микрорельеф и почвенные комплексы вывалов составляют от 8 до 30 % площади разновозрастных таежных лесов и способны
длительно (350 и более лет) сохраняться в различимых формах (Васенев,
Таргульян, 1995).Это один из важнейших экзогенных факторов, определяющих скорость и траекторию восстановительной динамики лесных
экосистем и их компонентов во времени.
Можно предположить, что массовый ветровал является одним
из значительных естественных экзогенных факторов, формирующих
структуру лесных ценозов. Лес, испытавший разрушительное влияние
ветровала, отличается от территорий, подвергшихся влиянию других
разрушительных факторов (пожары, рубки и др.). Несомненный интерес в этой связи представляет анализ динамики органического вещества лесных почв при таких катастрофических воздействиях.
По литературным данным, ветровальные ситуации, когда вываливаются целые массивы лесов, возникают сравнительно редко: один
раз в 70–100 лет; объем упавших деревьев зависит от сезона года,
почвенно-гидрологических условий, видовой принадлежности древесных растений-лесообразователей (ель и пихта падают чаще), возраста и фитопатологического состояния деревьев, плотности (густоты) древостоев и многих других факторов, совместная деятельность
которых увеличивает площадь с вывалившимися деревьями (Скворцова и др., 1983; Алесенков, 2000).
217
После уничтожения древесного яруса на участках ветровалов
резко увеличивается доступ солнечной радиации, возрастает прогреваемость воздушного приземного слоя почвы, усиливается воздействие ветра. В почву поступает значительно больше влаги, верхний слой почвы обогащается элементами минерального питания.
Происходит интенсивная нитрификация вследствие образования
значительного количества аммонийных форм азота в результате разложения подстилки, растительности, листвы. Одновременно с перегниванием листвы и хвои начинает разрушаться древесина веток и
стволов ветровальных деревьев под действием грибов и насекомых.
Разрушение валежа и связанное с ним поступление в почву элементов минерального питания и органической массы на участках ветровалов растянуто на десятки лет (Скворцова и др., 1983).
В почвах сосняков сразу после ветровала идет активное накопление большого количества органического вещества (рис. 5) во всех
трех пулах.
В сосняке накопление углерода происходит во всех почвенных пулах. В отличие от более сухого сосняка запасы углерода в подстилке увеличиваются почти в два раза за 100-летний отрезок времени и процесс
их увеличения продолжается и после второго ветровала. В пуле лабильного органического вещества сразу после ветровала происходит резкое
накопление углерода, но за период между ветровалами его значения возвращаются к исходным и даже немного снижаются, что связано с переходом углерода в стабильный гумус. Как и при естественном развитии в
стабильном гумусе почвы происходит медленное накопление углерода, и
лесная экосистема стремится к устойчивому равновесию.
Рис. 5. Динамика органического вещества в различных пулах ОрВП в
сосняке сложном мелкотравном при ветровалах с частотой в 100 лет
218
Динамика органического вещества в лесных экосистемах при
сплошных рубках главного пользования. На круговорот углерода в
лесных экосистемах оказывают влияние такие явления антропогенного характера как рубки. Наиболее существенны преобразования
почвы и экосистемы в целом при сплошных рубках. Первоначально
они использовались не для заготовки леса, а расчистки территории
для посевов (Нестеров, 1954). Считается, что в лесах Европейской
России они получили широкое распространение в 1930-х годах (Бобровский, 2004) и превратились в основной способ эксплуатации лесов (Нестеров, 1954).
В зависимости от предназначения они разделяются на рубки
главного пользования, промежуточного пользования (рубки ухода,
санитарные, комплексные) и прочие рубки (прорубка трасс, очистка площадей под затопление и др.) (Тихонов, Зябченко, 1990). В
прошлое столетие широко применялись сплошные рубки главного
пользования, при которых вырубался спелый лес на больших территориях. По своим масштабам эти действия можно приравнять к
катастрофическим, поскольку вырубка спелого леса происходила
лесосеками шириной от 50 до 250 м, любой длины, часто до нескольких километров (Софронов и др., 2000). Рубки главного пользования
проводятся в спелых и перестойных лесах для заготовки древесной
продукции, а также для создания условий для возобновления леса.
На долю рубок главного пользования приходится не менее 80 % заготавливаемой древесины (Тихонов, Зябченко, 1990).
По сценарию моделирования рубку проводят в 90-летнем возрасте. В сосняках динамика органического вещества почвы приблизительно одинаковая и различаются лишь значения параметров
органического вещества почвы. Углерод в стабильном пуле почвы
практически не меняет за 200 лет своих значений. Количество углерода в пуле лабильного органического вещества значительно увеличивается за счет гумификации корневой части деревьев, оставляемой
после рубки в почве. Содержание углерода в пулах почвы при сплошных рубках в лесных экосистемах так и не восстанавливается до первоначальных значений за период между рубками (рис. 6). На содержание стабильного гумуса рубки с частотой раз в 90 лет не оказывают
существенного влияния. Синхронная динамика углерода в подстилке
и нижних слоях почвы при рубке дает основание предположить, что
основной вклад в динамику органического вещества почвы вносят оставленные порубочные остатки, которые быстро минерализуются, давая строительный материал для новых растений.
Соответствие между результатами моделирования и известны219
Рис. 6. Динамика органического вещества в почве сосняка сложного
мелкотравного при сплошной рубке
ми из литературы экспериментальными данными в основном оказывается хорошим. Так, например, динамика пула углерода в лесной
подстилке при естественном развитии оказывается такой же, как и в
экспериментальных данных, полученных по возрастным рядам для
сосняков Канады (Shaw et al., 2006). Необходимо, однако, отметить,
что полного совпадения с возможными экспериментальными данными в этой версии модели добиться нельзя, так как мы не учитываем
лесной напочвенный покров, и лесную подстилку формирует только
опад древесных видов (хвоя, листья, ветки, корни).
Выводы. В целом динамика органического вещества почвы при
разной интенсивности низовых пожаров не сильно отличается от естественного развития, т.е. низовые пожары не приводят к необратимым изменениям.
Верховые пожары – мощное катастрофическое внешнее воздействие, даже небольшая частота возникновения которого приводит
к изменениям во всей системе. Даже при невысокой частоте пожаров изменяется динамика органического вещества как в почве, так и
в растительности. Наибольшие изменения в динамике происходят в
надземной части лесной экосистемы.
При рубках изменение пулов органического вещества в минеральных горизонтах почвы небольшое и восстановление происходит
за первые несколько лет. По динамике они сравнимы с верховыми пожарами, возникающими с частотой, естественной для определенного
типа леса, но восстановление происходит за более короткий период.
Ветровал является одним из мощных естественных экзогенных
факторов, формирующих структуру лесных сообществ. Лес, испы220
тавший разрушительное влияние ветровала, значительно отличается
от территорий, подвергшихся влиянию других разрушительных факторов (пожары, рубки).
Полученные результаты моделирования демонстрируют, что
различные сценарии внешних (катастрофических) воздействий приводят к разным обратным связям между древесным ярусом, лесной
подстилкой и минеральной почвой.
Литература
Алесенков Ю.М. Ветровалы, их эколого-лесоводственное значение и задачи исследований Последствия катастрофического ветровала для лесных экосистем. Екатеринбург: УрОРАН, 2000. С.7–12.
Бобровский М.В. Лесные почвы: биотические и антропогенные факторы формирования // Восточноевропейские леса: история в голоцене и современность / Отв. ред.
О.В.Смирнова. М.: Наука, 2004. Кн. 1. C. 381–427.
Быховец С.С., Комаров А.С. Простой статистический имитатор климата почвы с
месячным шагом // Почвоведение. 2002. №4. С. 443–452.
Васенев И И., Таргульян В.О. Ветровал и таежное почвообразование. М.: Наука,
1995. 247 с.
Горбатенко В.П., Ершова Т.В. Роль климатических факторов в возникновении
лесных пожаров на территории Томской области // Сибирский экологический журнал. 2006. №2. С. 151–155.
Исаев А.С., Коровин Г.Н. Депонирование углерода в лесах России // Углерод в
биогеоценозах: Чтения памяти акад. В.Н. Сукачева. М., 1997. XV. С. 59–98.
Корчагин А.А. Влияние пожаров на лесную растительность и восстановление ее
после пожара на Европейском Севере // Геоботаника. Вып. 9. М. –Л., 1954. С.75–149.
Кудеяров В.Н. Азотно-углеродный баланс в почве // Почвоведение. 1999. № 1.
С. 73–82.
Моделирование динамики органического вещества в лесных экосистемах / Отв.
ред. В.Н. Кудеяров. М.: Наука, 2007. 380 с.
Нестеров В.Г. Общее лесоводство. М. –Л.: Гослесбумиздат, 1954. 655 c.
Семенов В.М., Кравченко И.К., Иванникова Л.А. и др. Экспериментальное определение
активного органического вещества в некоторых почвах природных и сельскохозяйственных экосистем // Почвоведение. 2006. № 3. С. 282–292.
Скворцова Е.Б., Уланова Н.Г., Басевич В.Ф. Экологическая роль ветровалов. М.:
Лесн. пром-сть, 1983. 192 с.
Софронов М.А., Швиденко А.З., Голдаммер И.Г., Волокитина А.В. Влияние пожаров на баланс углерода в бореальной зоне северной Евразии: создание информационной базы для моделей // Лесоведение, 2000. №4. С.3–8.
Тихонов А.С., Зябченко С.С. Теория и практика рубок леса. Петрозаводск: «Карелия», 1990. С. 9.
221
Фуряев В.В. Роль пожаров в процессе лесообразования. Новосибирск: Наука,
1996. 253 с.
Чертов О.Г. Экология лесных земель. Л.: Наука, 1981. 192 с.
Экосистемы южного Подмосковья. М.: Наука, 1979.
Chertov O.G., Komarov A.S., Nadporozhskaya M.A.et al. ROMUL – a model of forest soil
organic matter dynamics as a substantial tool for forest ecosystem modelling // Ecological
Modelling. 2001. V. 138. Pp. 289–308.
Covington W.W. Changes in the forest floor organic matter and nutrient content
following clear cutting in northern hardwoods // Ecology. 1981. V. 62. Рp. 41–48.
Jenkinson D.S., Rayner J.H. The turnover of soil organic matter in some of the
Rothamsted classical experiments // Soil Science. 1977. V. 123. № 5. Pp. 298–305.
Komarov A., Chertov O., Zudin S. et al. EFIMOD 2 – the System of Simulation Models
of Forest Growth and Elements Cycles in Forest Ecosystems // Ecological Modelling. 2003.
V. 170. Iss. 2–3. Pp. 373–392.
Shaw C., Chertov O., Komarov A. et al. Application of the forest ecosystem model
EFIMOD 2 to jack pine along the Boreal Forest Transect Case Study // Canadian Journal
of Soil Science. 2006. Vol. 86, No. 2. Pp. 171–185.
АНАТОЛИЙ НИКИФОРОВИЧ ТЮРЮКАНОВ – СЫН
ЗЕМЛИ РУССКОЙ
Л.Г. Кузнецова, к.б.н., в.н.с.
Институт фундаментальных проблем биологии РАН,
Филиал МГУ имени М.В. Ломоносова в г. Пущино
Есть в России удивительное место – Ильменский заповедник. Его
основателем был академик Ферсман и славен заповедник, тем, что на
небольшом пространстве можно в копях найти и изумруд, и горный
хрусталь, амазонит и письменный гранит. Более ста различных минералов хранит в своих недрах уральский заповедный край. А ещё в Ильменском заповеднике озёра, не тронутые цивилизацией, леса, скалы,
небольшие заводи, где плещется самая разнообразная рыба, в небесах
гордо парит семья орлов. У всех, кто побывал в этих местах, складывается впечатление, что места эти созданы не только для восхищения, а
прежде всего для вдохновения.
Поселок Миассово – часть Ильменского заповедника, был в конце
50-х–начале 60-х годов 20 столетия настоящей Меккой биологии и научно- образовательной вотчиной Николая Владимировича ТимофееваРесовского. Десять лет Миассово было настолько почитаемо, что туда
стремилась попасть не только молодежь, но и достойные мужи науки.
Это было время познания истории своей страны, судьбы науки и ученых
в трудные годы нашей Родины. В Миассово в небольшом научном посёлке
222
царил дух свободы! Вот в этом благословенном месте я впервые увидела
и услышала Анатолия Никифоровича Тюрюканова. Николай Владимирович называл его просто – Тюрюкан или Тюрюканыч. Нам молодежи
не позволялся этот фамильярный тон. Мы почтительно величали его
– Анатолий Никифорович. В Миассово бывало много учёного народа, но
такую яркую влюблённость человека в свою профессию почвоведа, когда
всё внимание было приковано к космическим исследованиям, очень было
трудно понять.
Анатолий Никифорович настолько трепетно относился к объекту
своих исследований, что любого, кто в его присутствии называл почву
землёй тут же попадал на «крючок» и разъяснительную беседу, что
же такое почва и матушка-землица. В один солнечный день мы должны
были закладывать опыт, и я при А.Н. говорю нашей лаборантке: «Пойдём, принесем земли для опытов» и слышу голос Анатолия Никифоровича – «Землю» принести невозможно, а вот принести приличную для
опытов почву… – я Вам могу в этом деле помочь и можем попросить
присоединиться к нам Галочку Махонину – она почвовед, закончила
МГУ». К нашей компании присоединились Юрий Данилович Абатуров
(мой руководитель), Саша Агре – личности тоже известные. Я очень
смутно представляла, как нужно брать пробы почвы и, конечно, была
рада, что нас сопровождают такие известные люди.
В Уральском государственном университете, где я училась ,курс почвоведения нам был прочитан для общего развития. Я была благодарна
судьбе, что она меня свела со столь образованными людьми и внутренне
гордилась, что мы идем на почвенный разрез с такими профессионалами.
Образцы почвы были взяты по всем правилам, и заложен опыт по изучению накопления цезия-137 и стронция-90 в растениях гороха в зависимости от влажности почвы и минерального питания. Осенью все образцы
были обработаны, получены первые данные, которые статистически выверены и Николай Владимирович вместе с Юрием Даниловичем Абатуровым порекомендовали мне выступить с устным докладом на конференции
в Москве. Именно на этой конференциив состоялась вторая моя встреча с
Анатолием Никифоровичем. Потом мы встречались с ним в Обнинске (он
работал у Николая Владимировича в лаборатории), а я по рекомендации
Николая Владимировича поступила в аспирантуру в Институт биохимии им. А.Н. Баха. Довольно часто бывала в Обнинске, и Анатолий Никифорович говорил: «А вот когда-нибудь будут специалисты и по биохимии
почв; занятный этот объект – почва».
Анатолий Никифорович остался в моей памяти, как человек, постоянно стремящийся к познанию, открытию нового. Он был и философ,
и настоящий натуралист, почвовед и эколог. Он прекрасно знал и следил
223
за отечественной научной литературой, много читал книг для общего
развития, великолепно читал стихи, знал много афоризмов и применял
их на деле.
В компании был своим человеком и часто говаривал, что он из ямщицкого рода, поэтому много может выпить родненькой водочки и «нини не захмелеть и не потерять рассудок».
Поражало меня, что у Анатолия Никифоровича душа болела, если
он видел, как безобразно люди обращаются с национальным богатством
– почвой. Это он первый развил тему о биосферной роли почв. Надо сказать, что Анатолий Никифорович был очень эмоциональным человеком
и переживал, когда осуществлялась Хрущевская программа «окукурузивания» России или освоения целинных земель. В годы перестройки, когда
разрушались совхозы и колхозы, поля зарастали бурьяном, он говорил:
«Пусть почва, наша матушка-кормилица поотдохнёт от варварского
обращения с ней. Пусть восстанавливается естественным путем, распахать её – это ничего не стоит». Но никак он не мог представить, что
поля приватизируют, и пойдут угодья под строительство коттеджей,
и нет никакой уверенности, что вернуться эти поля снова в севооборот, и будут снова кормить Отечество. Новые хозяева России думают
и поступают иначе, им Земельный кодекс не указ.
В 1987 г. известный режиссер документалист Елена Саркисовна
Саканян приступила к съемкам фильма о Николае Владимировиче Тимофееве-Ресовском. Я также была приглашена в Миассово на съемки.
Съехались в Миассово почти все поколения бывшей лаборатории Николая Владимировича. Приехал и Анатолий Никифорович с сыном и женой
Аллочкой Андреевой.
Участие Анатолия Никифоровича в фильмах о Н.В. Тимофееве-Ресовском было знаковым. Они много общались и особенно в тот Обнинский период, когда Н.В. спешил жить и всего себя отдавал работе. Кто в
то время мог предвидеть, что лаборатория через пять лет закроют, а
Николая Владимировича вместе с Еленой Александровной отправят на
заслуженный отдых. Прошло некоторое время, и Николай Владимирович был приглашен в качестве консультанта по космическим вопросам
в Институт космической биологии, которым руководил генерал О.Г. Газенко. В 1972 г. не стало Елены Александровны, она ушла в первый день
Пасхи, как святая.
В этот сложный период Анатолий Никифорович часто бывал у
Н.В., они обсуждали статьи, читали вновь опубликованные работы,
строили планы на будущее.
Именно в этот очень сложный для Николая Владимировича период Анатолий Никифорович старался сгладить тяжесть утраты, он
224
сопровождал Н.В. в Москву. Газенко выделил для Н.В. машину, и уже не
приходилось ездить в Москву на электричке.
Жизнь шла своим чередом. Анатолий Никифорович был очень заботливым и верным другом. Всегда первым приходил на помощь, очень
чтил и любил своего учителя.
На съемку в Миассово Анатолий Никифорович приехал с маленьким
сыном Коленькой (как потом говаривал он, что назвал сына в память о
Николае Владимировиче) с женой Аллочкой, милым, светлым человеком.
Анатолий Никифорович был человеком широкой души и таланта;
таким я его и помню. Ну, а если и были минуты удивления, когда Анатолий Никифорович поступал не как все, то его можно было понять и
простить только за то, что он много сделал хорошего, доброго и за это
мы его помним и любим.
О ВКЛАДЕ А.Н. ТЮРЮКАНОВА В РАЗВИТИЕ
ИСТОРИЧЕСКОЙ НАУКИ
Э.С. Кульпин-Губайдуллин, д.ф.н., профессор
Кафедра истории Московского физико-технического института,
главный редактор журнала «История и современность»
До сих пор существующий разрыв между естественными и гуманитарными науками является существенным препятствием для развития гуманитарных наук, которые, если не напрямую, то весьма тесно связаны
с пониманием хода исторического развития, с текущей политикой и в
конечном итоге с судьбами людей, как в нашей стране, так и на Планете.
Естественники время от времени пытаются объяснить свое понимание
прошлой, настоящей и будущей жизни общества. Если попытка бывает успешной, она становится пусковым механизмом решения проблем,
которые давно ждали своего объяснения; если безуспешна, то проблемы остаются непонятыми и усугубляются. Данная статья посвящена
Анатолию Никифоровичу Тюрюканову, тому, как одно из его открытий
способствовало развитию исторической науки, и тому, как ему, к сожалению, не удалось донести эстафету понимания смысла эволюции своими
великими предшественниками нашим современникам. Но причиной тому
состояние нашего общества, изменить которое Тюрюканов пытался всю
свою жизнь.
Одна из биологических проблем – проблема генезиса окской
флоры, имеющей большое число видов, нетипичных для Среднерусской равнины, длительное время объяснялось романтической гипотезой о видовом разнообразии, возникшем как остаточное явление
225
от эпохи доледникового периода. Ледник, якобы обошел этот регион
стороной. Тюрюканов, сомневаясь в справедливости гипотезы, решил обратиться к более близкой истории, а именно к монгольскому
нашествию. Нетипичные виды разнотравья по его объяснению были
привнесены завоевателями с фуражом, необходимым для прокорма
лошадей. В ходе исследования ему пришлось оценить массу фуража
для боевых и тягловых лошадей армии Батыя.
Приняв численность воинов за 100 тыс., Тюрюканов рассчитал
для лошадей (включая сменных) биологически минимальный месячный запас фуражного сена (скаковую лошадь зерном кормить нельзя,
основу ее питания составляет сено). Для транспортировки такого
запаса потребовалось бы не менее 40 тыс. подвод. Представить себе
этот караван непросто. Такой обоз, занимая всю ширину замерзших
рек, по которым двигалась орда, растянулся бы, по расчетам ученого,
на десятки километров (Тюрюканов 2001, с. 243–258). До Тюрюканова считалось, что армия насчитывала 300 или даже 600 тыс. воинов. И
никто из историков не задумывался над тем, что такая оценка численности конного войска была чистым абсурдом. Только сменных лошадей завоевателей в этом случае было бы около 2 млн, и такое немыслимо огромное «стадо» своими копытами должно было в буквальном
смысле перепахать всю Восточную Европу.
Своим расчетом ученый создал обоснованную отправную точку дальнейшим исследованиям историков. Разумеется, требовалась
небольшая корректировка. Она заключалась в том, что поход Батыя
длился два месяца и фураж брался из расчета не менее двух месяцев,
а не месяц, как считал ученый. В своих расчетах биолог оставил также
без внимания тот факт, что орда представляет собой не конный корпус военнослужащих, а народ, где помимо мужчин-воинов есть женщины, дети, старики, а для их передвижения, прокорма требовалась
дополнительная тягловая сила. Исходя, из аргументов Тюрюканова и
указанных обстоятельств, снижающих реальное число воинов не менее чем вдвое, а с учетом минимального размера семьи кочевников в
5 человек (Тортика, Михеев, Кортиев 1994, с. 55), численность народа-армии Батыя, вероятно, не превышала 300 тыс. человек. Так была
получена уникально редкая в историческом исследовании исходная
цифра для оценки дальнейшего демографического роста степного населения, т.е. получить то, в чем остро нуждается историческая наука
– обоснованные количественные оценки. Их также нельзя получить,
опираясь только на методы современной демографии, но дальнейшее
было, как говориться делом «техники».
Существуют формулы, по которым можно рассчитывать соотно226
шения кормов для скота (фитомассы), количества скота и численности людей (Тортика, Михеев, Кортиев, 1994). По этим формулам можно рассчитывать предельное число кочевников, могущих безбедно
существовать на той или иной земле. Можно было поступить и иначе:
обратиться к прецедентам, подчиняющимся тем же закономерностям
и дающим возможность получить без расчетов те же результаты. Обращение к прецедентам имеет неоспоримые достоинства по сравнению со всеми другими (по захоронениям, по данным о численности
войск, налогоплательщиков, свидетельствам нумизматики и т.п.)
методами оценки численности населения, в которых исходная база
данных ограничена, и поэтому велика область спекулятивных предположений. Прецедент имеет максимально возможную или полную
доказательность, так как может рассматриваться как прямой аналог эксперимента в естественных науках в том случае, если исходные
характеристики (в данном случае этноса и вмещающего ландшафта)
идентичны или те же самые.
Для истории Золотой Орды – жизни общества и природы – оказалось возможным использовать историю Букеевской Орды, экспертный анализ которой произвели совместно биолог Игорь Иванов и
историк Игорь Васильев (2005). В итоге удалось расширить прежние
представления о динамичном развитии уникальной степной цивилизации (см. Кульпин, 2008, 2009).
Взгляд в будущее более актуален, чем в прошлое. Но и здесь вклад
Тюрюканова можно понять только на фоне исторического полотна.
В России XIX в. четко выраженная тенденция снижения уровня жизни резко расходилась с социальными ожиданиями. Где общество должно
было искать решение этой проблемы? В области социальных отношений
или в области взаимоотношений человека и природы? В поисках ответа
на острейшие текущие политические проблемы или разбираясь в сложнейших долгосрочных проблемах природосбережения? От правильной
расстановки этих акцентов зависело будущее России.
Это сейчас, после двух мировых войн и неоднократно возрождавшейся карточной системы распределения продовольствия, нам очевидно, что социальная справедливость – хоть и важный, но все-таки
не первостепенный фактор устойчивого развития. Если земля не будет
давать достойный урожай, то никакие социальные меры по справедливому распределению даров природы не способны противостоять
общему падению уровня жизни. Правильно хозяйствовать и на этой
Монография Иванова И.В., Васильева И.Б. (2005) является на настоящий день
единственным конкретным исследованием взаимосвязи роста кочевого населения
и деградации природной среды, и потому трудно переоценить ее значение для
исторической науки.
227
основе получать максимально возможные доходы – дело первостепенной важности, а справедливое распределение общественного богатства – дело важное, но все-таки второстепенное. Докучаев пришел к
этому и в своей учебной деятельности и практических рекомендациях
он следовал ему. Из воспоминаний учеников мы знаем, что он питал
«органическое отвращение к богословской схоластике, которую позднее перенес на все отвлеченные и дедуктивные науки (за исключением
математики), философские, юридические и др., окрещенные им общим
именем “болтовня”». К “наукам не точным он относился с презрением
и даже ненавистью”, «споры марксистов с народниками называл “праздной болтовней”» (Отоцкий, 1903, с. 321, 333).
Общественная элита страны – бюрократия и политическая оппозиция почти всегда ищут решения в социально-экономической сфере. Иной путь, путь технологической перестройки могут предложить
только ученые, естественнонаучная среда. И только после того, как
она выскажет свое консолидированное суждение, часть политической элиты может начать говорить языком технологических аргументов. Но вернемся к истокам.
Цель, стоявшая перед сельским хозяйством России XIX в.,
была принципиально иной, чем в Западной Европе – не допустить падения уровня продуктивности естественной природы при
введении ее в хозяйственный оборот. Эта цель требовала исследований и использования возможностей естественной природы,
чтобы не ломать ее, а идти за ней, “учиться” у нее. Отсюда и методы достижения цели должны быть иными, чем в Западной Европе, что, конечно, не исключало использования ее достижений.
Эта разница целей и задач, стоявших в XIX в. перед Россией и Западной Европой, кстати, до сих пор четко не выделяется и не отмечена русскими учеными, как XIX–XX веков, так и наших дней.
Но именно эта разница между экологической ситуацией в Европе
и России, определяемая их социальной и экономической жизнью,
стала впоследствии пусковым механизмом, подтолкнувшим возникновение нового понимания характера отношений человека и
природы и определившим специфику широкого природоохранного движения в России, берущего свое начало от Докучаева.
А.Н. Тюрюканов – яркий представитель русской естественнонаучной школы В.В. Докучаева–В.И. Вернадского–Н.В. ТимофееваРесовского. Отмечая заслуги Анатолия Никифоровича, сумевшего
выявить ряд принципов и узловых точек роста биосферных наук,
многие заметят, что достижения русской естественнонаучной школы
хорошо известны коллегам – ученым разных отраслей знаний. Не228
которые зафиксируют, как общее место то, что понимание проблем
устойчивости и развития экосистем – присуще широкой общественности. Однако относительно того и другого есть сильные сомнения. В
чем нет сомнения, так это в том, что именно Тюрюканов более других
пытался объяснить преемственность научной школы и донести ее результаты не только до научной, но и до широкой общественности
Как историк, обратившись к наследию школы Докучаева–Вернадского–Тимофеева-Ресовского, не к письменному, а к сущностному,
тому что приняли от них наши современники, я с удивлением увидел,
что практически не освещена роль Докучаева как предтечи учения
Вернадского о биосфере, общей теории систем и синергетики. Не говорится, естественно, и о том, приняло ли это мировоззрение (именно мировоззрение, а не частные конкретные положения) российское
научное сообщество. Жить в «башне из слоновой кости» можно, если
это никак не влияет на развитие общества. Лишь в 1990-е гг. появилась статья с цитатами Докучаева, созвучными нашему времени и с
упоминанием имени И. Пригожина (Добровольский, 1996).
Значимость того, что сделал Докучаев в наши дни, когда развита
природоохранная деятельность и экологическое сознание, казалось
бы, очевидна. Борясь за сохранение почв, он говорил о развитии, о сохранении биосферы. Подавляющая часть биомассы создается при непосредственном участии почв и основа видового разнообразия обусловлено ими же, почему деградация почв является прямым и самым
точным свидетельством деградации природы, снижения уровня ее самоорганизации, экологического кризиса. Однако в конце XIX в. этого никто не понимал. Вернадский отмечал, что “руководящие мысли,
наполнявшие научную деятельность Докучаева в почвоведении, казались его современникам странными и неправильными” (Вернадский, 1988, с. 271). Драма Докучаева как ученого состояла в том, что он
не оставил потомкам точные, выверенные, как математические формулы, основополагающие принципы своего научного мировоззрения.
Докучаев “работал в такой области знания, в науках наблюдательного
характера, где нет места блестящим открытиям… Если исследователь
почему бы то ни было не имел времени связно и цельно обработать
свои мысли, был завален текущими вопросами дня – его основные
идеи высказывались лишь между прочим... не они бросались в глаза
современникам и последующим поколениям, не они отмечались в научной библиографии и литературе. Иногда их можно понять, только
окинув взором всю совокупность его научных работ, – только тогда
видно, как эти идеи повторяются на разные лады, составляют основной тон научной мысли исследователя, нигде не выражаясь, однако,
229
выпукло, никогда не служа предметом самостоятельной обработки”
(Вернадский, 1988, с. 270–271). Если проявление идей осуществляется “почти бессознательно”, надо обращаться к конкретным рекомендациям Докучаева, интерпретировать ту теоретическую модель, на
основе которой они создавались (Вернадский, 1988, с. 271).
При жизни оппонентом Докучаева был Костычев, оба фактически стали основоположниками двух научных мировоззрений. Борьба
этих двух мировоззрений – презентистского и исторического – продолжалась в естественных науках весь XX век. Взгляд Докучаева на
окультуренную почву представлялся неприемлемым и полвека спустя. А. Ярилов в 1930-е гг. писал: «Сейчас нетрудно критиковать многие положения и высказывания Докучаева, особенно его противопоставление естественной почвы почве культурной. Для Докучаева
последняя – “кирпич”, выделанный человеком из природного сырья…
Это конечно, не так». Позитивно относясь к наследию ученого, он
вместе с тем пытался “оправдать” его в духе своего времени: “Докучаев не был знаком с учением Маркса–Энгельса” (Ярилов, 1939, с. 15).
Тимофеев-Ресовский писал о Докучаеве мало, но подчеркивал
следующее: «Вероятно, самым замечательным учеником Докучаева,
– человеком, деятельность которого возвеличивает Докучаева, даже
если бы Докучаев, кроме воспитания этого ученика, ничего не сделал, – был В. Вернадский… Вернадский встретился, естественно, с
внушенным ему его учителем учением о зонах природы, учением о
почвах, как результате деятельности природных факторов на поверхности нашей Земли, формирующих лик Земли, ее “биосферу”… и
занялся построением общего учения о биосфере Земли, то есть той
сферы нашей планеты, в которой основную роль играют живые организмы» (цит. по: Тюрюканов, Федоров, 1996, с. 67).
Тюрюканов и Федоров развили эту мысль и обозначили смысл
кардинальных преобразований, осуществленных Докучаевым в науке. Они полагают, что «исходным и вместе с тем конечным пунктом
деятельности Докучаева и Вернадского было исследование взаимосвязи общества с природой, разработка теоретических и практических аспектов этой взаимосвязи… Как эстафету, “из рук в руки”, “из
души в душу”, передал Докучаев свое космически-временное мышление своему другу и ученику Вернадскому... В творческом содружестве Докучаева и Вернадского, учителя и ученика, был совершен
решающий прорыв к биосферно-космическому научному мышлению, наполненному историзмом… Понятие биосферы стало ядром,
центром необходимого, естественного и точного синтеза многочисленного эмпирического материала о жизни поверхностной оболочки
230
нашей планеты… Разработанное Докучаевым понятие естественноисторического тела (системы, образования) стало основополагающим
понятием биосферного класса наук. Являясь элементарным (далее не
разложимым, без потери качества), оно стало исходным моментом,
всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее систем,
тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук» (Тюрюканов, Федоров, 1996, с. 24–25).
Тюрюканов был убежден, что когда Докучаев «создавал науку о
почве как особом естественноисторическом теле природы, он думал
не только о факторах почвообразования, ее формирующих, но прежде
всего о времени, его текущем невидимом потоке, создающем почвы,
их сложную организацию и особый тип их жизни. Все его работы о
почвах несут печать современного типа мышления, названного им естественноисторическим подходом... Он показал, что человеку “противостоит” природа в форме интегральных систем (почвы, природные
зоны), формирующихся и развивающихся в процессе длительного
исторического взаимодействия мертвой и живой природы, климата,
горных пород, поверхностных и грунтовых вод» (Тюрюканов, Федоров, 1996, с. 26).
Всю свою жизнь в теории и практике Тюрюканов утверждал научное мировоззрение, принятое им по эстафете предшественниками.
Но сумел ли передать его? Настолько авторитетным и императивным для общества может быть высказывание ученых? Мы видим, что
природоохранное по своей сути мировоззрение Докучаева как норма
жизни не стало всеобщим за срок более века, что повлекло за собой
множество трагедий и катастроф. Это свидетельствует о том, что рекомендации концепции устойчивого развития могут не исполняться
даже под угрозой жизни человека на Земле.
Литература
Богословский Н.А. Общий характер научной деятельности В.В. Докучаева // Почвоведение. 1903. № 4.
Вернадский В.И. Страница из истории почвоведения (Памяти В.В. Докучаева) //
Вернадский В.И. Труды по истории науки в России. М., 1988.
Герасимов И.П. Великий русский ученый В.В. Докучаев (к 125-летию со дня рождения) // Почвоведение. 1971. № 8.
Добровольский Г.В. Докучаев и современное естествознание // Почвоведение. 1996. № 2.
Иванов И.В., Васильев И.Б. Человек, природа и почвы Рын-песков Волго-Уральского междуречья в голоцене. М.: Интеллект, 1995.
Кульпин Э.С. Демографические и миграционные процессы тюрков и славян в
Восточной Европе в XIV–XVII вв. // Восток. 2005. №4. C. 14–24.
231
Золотая Орда: Судьбы поколений. М.: ИНСАН, 2008.
Золотая Орда. Проблемы генезиса российского государства. Изд. 4-е. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009.
Отоцкий П.В. Жизнь В.В. Докучаева // Почвоведение. 1903. № 4.
Тортика А.А., Михеев В.К., Кортиев Р.И. Некоторые эколого-демографические и социальные аспекты истории кочевых обществ // Этнографическое обозрение. 1994. № 1.
Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Н.В. Тимофеев-Ресовский: биосферные раздумья.
М., 1996.
Тюрюканов А.Н. Влияние природы и населения Великой степи на современные
ландшафты Центральной России (К вопросу о происхождении феномена «Окской
флоры») // Тюрюканов А.Н. Избранные труды. К 70-летию со дня рождения. М.: РЭФИА, 2001. C. 243–258.
Ярилов А.А. Докучаев // Почвоведение. 1939. № 1.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЖАРКОЙ И
ЭКСТРЕМАЛЬНО СУХОЙ ПОГОДЫ НА ЛАНДШАФТЫ
МЕЩЁРЫ
И.И. Мамай, д.г.н., И.В.Мироненко, А.И. Глухов, В.М.Матасов,
С.Б. Роганов, А.В. Федин
Географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова
Введение. Анатолий Никифорович Тюрюканов считал, что почвообразование зависит от множества факторов, от поведения всех
основных природных компонентов. В сущности – это классический
ландшафтный подход, который и позволяет нам, вслед за В.В. Докучаевым, рассматривать почву как зеркало ландшафта.
Особенности почвообразования хорошо изучены для почв разных
типов и подтипов. Но закономерности его проявления во времени пока
исследованы не достаточно. Многолетние стационарные наблюдения
показали, что почвообразовательные процессы меняются в зависимости от состояний природных территориальных комплексов (ПТК) (Мамай, 2005).
Состояние ПТК рассматривается как определенные свойства
(параметры) его структуры (т.е. качество его составных частей и набор процессов, зависящих от внутренних и внешних причин), которые сохраняются более или менее длительные отрезки существования
комплекса. Среди состояний ПТК выделяют внутригодовые (внутрисуточные, суточные, погодные, внутрисезонные, сезонные), годовые и
многолетние (фазы, подфазы) (Мамай, 2005).
Выполнено при финансовой поддержке РФФИ (проект № 08-05-00247).
232
При смене состояний ПТК меняется качество их природных компонентов (температура, влажность, химический состав, фенологические фазы растений и т.д.), а также набор и интенсивность процессов
(вид функционирования). Любое состояние ПТК несёт черты состояний более высокого и более низкого рангов. Состояния неповторимы
во времени. Развитие понимается как закономерные, направленные и
необратимые изменения. Функционирование – как совокупность всех
процессов перемещения, обмена и трансформации вещества и энергии.
Результаты функционирования – это собственно развитие, накопление или уничтожение предпосылок развития.
Установлено, что одновременно в ландшафте образуется от нескольких до десятков видов (групп) состояний. В одну группу входят
разные виды ПТК. Число групп состояний в ландшафте меняется в
зависимости от текущего и предшествующего погодного и внутрисезонного состояний ПТК. Длительная засуха или дождливая погода
приводят к сокращению числа групп состояний, а частая смена сухой
и дождливой погоды – к их увеличению (Мамай, Мироненко, 2010).
Пока не ясно, почему сходные процессы вызывают неодинаковые последствия в свойствах ПТК, их функционировании и развитии, и как
долго они сохраняются.
Цель работы – выявление воздействия длительной экстремальной погоды на свойства, функционирование и развитие ландшафтов.
Для этого решались следующие задачи: 1) комплексного повторного
наблюдения на опорных точках стационара Лесуново до, во время и
после жаркой и экстремально сухой погоды 2010 г.; 2) выявления закономерностей в изменении свойств ПТК и времени, необходимого для
их проявления и восстановления нормальных условий; 3) сопоставления поведения ПТК в засушливые периоды разных лет.
Район исследования. Закономерности временных свойств ПТК
изучались на полигоне Лесуново, расположенном в юго-восточной
Мещёре (Клепиковский район Рязанской области), в двух ландшафтах – моренно-водно-ледниковом и долинно-зандровом (подзона
смешанных лесов). Длина опорной полосы около 4,5 км при ширине
0,3–0,5 км. Повторные наблюдения за динамикой ландшафтов здесь
ведутся уже 35 лет (1976–2010 гг.).
Методы исследования. Основной метод изучения – повторные
комплексные наблюдения на опорных точках. Кроме натурных наблюдений, использованы среднесуточные показатели автоматической метеорологической станции Лесуново и гидрологического поста Милюшово,
ландшафтные карты – урочищная (масштаба 1:10 000) и фациальная
(1:2000), которая покрывает половину полигона (около 1 км2). Здесь
233
выявлен 421 вид фаций, относящихся к 81 виду урочищ. Повторные наблюдения летом проводятся два раза (в июле и августе), на 31 опорной
точке. Методика разработана для выявления погодных, внутрисезонных
и сезонных состояний урочищ (Мамай, 2007).
Наблюдения включают описание текущей и предшествующей погоды (температура и влажность воздуха, осадки, облачность, скорость
ветра); изменений литогенной основы (снос и аккумуляция отложений, размыв и т.д.); температуры и влажности почв (до глубины 0,8 м);
затопления талыми, полыми и дождевыми водами (площадь, глубина); видового состава фитоценоза, фенологических фаз доминантных
растений, урожая трав, высоты и диаметра стволов деревьев, прироста
подроста и древостоя, наличия опада и отпада, повреждения деревьев
ветром, вредителями, рубками и т.д.
Результаты наблюдений. Лето 2010 г. наступило после нормальной по температуре и экстремально многоснежной зимы, экстремально тёплой и очень влажной весны и низкого половодья. К началу лета
запас влаги в почве был хорошим. В целом лето по температуре воздуха – нормальное (19,1°С) и сухое (172,8 мм; среднее многолетнее
– 215 мм). По сочетанию тепла, влаги и ответной реакции ПТК, выявлено 5 внутрисезонных состояний (таблица).
Май был теплым и экстремально сухим. Однако запас влаги в почве позволил растительности хорошо развиться. Почвы за этот период
потеряли много влаги. Она восполнена в следующем внутрисезонном
состоянии, когда за 10 дней выпало почти 57 мм осадков. С 6 июня начался длинный экстремально сухой период (69 дней), что привело к
большой потере почвенной влаги.
Первая серия наблюдений проведена в начале четвертого внутрисезонного состояния – 3–6 июля. В это время стояла жаркая, сухая,
малооблачная, безветренная погода без осадков. Уровень воды в р. Гусь
опустился до 0,3 м выше нуля графика (t воды – 15–18°С), в русле расВнутрисезонные состояния на полигоне Лесуново летом 2010 г.
№
Даты
Дни
Тёплообеспеченность
Влагообеспеченность
1.
1–26.V
26
Тепло
Экстремально сухо (12,9 мм)
2.
27.V– 5.VI
10
Тепло
Экстремально влажно (56,6 мм)
3.
6.VI– 2.VII
27
Тепло
Экстремально сухо (9 мм)
4.
3.VII–14.VIII
42
Жарко
Экстремально сухо (14 мм)
5.
15–28.VIII
14
Тепло
Экстремально влажно (80,3 мм)
234
ширилась площадь островов. Вода исчезла даже из обычно обводнённых понижений. На месте пойменного озера осталось несколько луж
– первый раз за всё время наблюдений. Перемещений грунта не было,
не считая кротовин, пороев кабана, выбросов из лисьих нор и муравьиных дорог в песке.
Деревья, кустарники и кустарнички развивались нормально. У
сосны отмечен массовый сброс сухой хвои. В травостое растения ранних сроков развития начали плодоносить и сразу же – отмирать. Виды
средних сроков – одновременно находились в самых разных фенологических фазах, но и у них появились признаки отмирания. Растения
поздних сроков – отмирали сразу из фазы вегетации.
Этим летом урожай трав почти во всех урочищах был в 1,5–5 раз
ниже, чем в 2009 г. Лишь на высокой пойме среднего уровня он равнялся прошлогоднему, а в обводнённом староречье – даже её превосходил.
Причина низкого урожая связана с длительным сухим периодом в мае.
Почвы к июлю хорошо прогрелись. На моренно-водно-ледниковой равнине, долинных зандрах, надпойменных террасах, низких поймах, в западинах и на многочисленных останцах разных генетических
поверхностей они были тёплыми (13–21°С) по всему профилю. На
высоких поймах среднего уровня и днищах староречий теплые горизонты ниже 50–60 см сменялись прохладными (11–12°С). На высоких
поймах низкого уровня, днищах обводнённых староречий, долинных
зандрах под густыми сосняками, в понижениях останцов зандров почвы оставались прохладными уже с 30 см.
Содержание влаги в почве повышалось с глубиной. В большинстве урочищ почвы были свежими до 30 (редко до 60) см, а ниже – влажными. На высоких поймах низкого уровня они оставались влажными
до 60 см, а ниже – сырыми. Мокрые почвы обнаружены лишь на месте
высохшего озера.
Всего на полигоне выявлено 12 видов (групп) состояний. В них
входят от 1 до 9 видов ПТК. Почти все доминантные урочища (моренноводно-ледниковые равнины, долинные зандры, надпойменные террасы)
находились в одном состоянии. 11 групп остальных состояний включали
от 1 до 3, и один раз – 7 видов урочищ (поймы и различные останцы).
Набор процессов, идущих в урочищах полигона с 6 июня по 2 июля,
однообразен: отсутствие перемещения отложений; понижение уровней
поверхностных и грунтовых вод; нормальное развитие деревьев и кустарников, наличие разнообразных фенологических фаз одновременно
у разных и одинаковых видов трав с тенденцией к отмиранию; прогреБуровые, заложенные для определения температуры и влажности почв, имели глубину
80 см.
235
вание почв и потеря ими влаги. Во всех урочищах промывной режим
сменился выпотным, что свидетельствует о прекращении подзолообразования и болотообразования, ослаблении процессов оглеения, т.е. о
прекращении развития ПТК.
Вторая серия наблюдений выполнена 15–17 августа, сразу после 42-дневного (3 июля –14 августа) внутрисезонного состояния с
жаркой и экстремально сухой погодой. Во время наблюдений стояла
жаркая, очень сухая, малооблачная, погода без осадков и со слабым
ветром. Отмечалось задымление от лесных пожаров, идущих за пределами полигона. Исчезли даже лужи, оставшиеся в начале июля на
дне высохшего озера. Примерно на метр понизился уровень грунтовых
вод. Отмечен самый низкий уровень воды в реке (всего 0,2 м над нулём
графика, при t воды 23–24°С). Древостой поврежден ветровалом и ветроломом (ураган конца июля). Травы отмирали, но у некоторых видов,
особенно в понижениях, отмечалась вторичная вегетация.
Почти во всех почвенных разрезах температура была в пределах
13–21°С (чаще – 15–18°С), что соответствует градации «тепло». Лишь
на осушенном торфянике и на высокой пойме среднего уровня под
густым ельником температура с глубины 25–30 см составила 11–12°С
(«прохладно»).
Произошло выравнивание увлажнения почв разных урочищ. На
надпойменных террасах, высоких поймах среднего уровня, на останцах зандров все горизонты почв были свежими. На моренно-водноледниковой равнине, долинном зандре, высокой пойме низкого уровня до 60 см они были свежими, а ниже – влажными. Только на дне
высохшего озера сырым оставался весь профиль почв, а на осушенном торфянике и в обводнённом староречье до 30–40 см – влажным,
а ниже – сырым и мокрым.
Количество видов состояний ПТК на полигоне, как и ожидалось,
уменьшилось с 12 до 9. Преобладало 2 состояния. В одном находились
урочища надпойменных террас, высоких пойм среднего уровня, останцов зандров и западин. Другую группу составили урочища моренноводно-ледниковых равнин, долинных зандров, высоких пойм низкого
уровня, низких пойм, останцов зандров и надпойменных террас.
Набор процессов, идущих в ПТК полигона, и их последствия,
были сходными с предыдущей серией наблюдений. Процесс развития
ПТК, по существу, прекратился.
Третья серия наблюдений проведена 5 и 7 ноября (через 79 дней
после второй серии). Погода в эти дни была не одинаковой: 5 и 6 ноября – прохладно сыро, шел слабый дождь, при переменной облачности
и отсутствии ветра; 7 ноября ночью – заморозок, днём холодно, влаж236
но, без осадков, переменная облачность, безветренно. Однако данные
5 и 7 ноября сопоставимы, так как смена погоды 7 ноября не успела
привести к смене состояния ПТК.
Повысился уровень воды в реке с 0,2 м над нулём графика до 0,4 м
(при t воды 4–5°С). Вода (глубиной 10–15 см) появилась в высохшем
озере. Местами набухли почки у сосны и березы. У сосны много рыжей хвои. У осины и крушины есть листья, не потерявшие до конца
хлорофилл. У вербы шла вторичная бутонизация и цветение. У трав
– массовая вторичная вегетация, сразу переходящая в начало отмирания. Проективное покрытие зелеными травами от 5–10 % до 80 % (в
низинах). Начали расти мхи и лишайники.
Температура почв по всему профилю исключительно ровная – 4–
8°С (чаще 5–6°С) во всех урочищах. В доминантных урочищах (моренно-водно-ледниковая равнина, долинный зандр, надпойменная терраса, высокая пойма), а также на останцах, сложенных мощными песками,
почвы были влажными. В западинах и на крутых склонах гривы зандрового останца верхние горизонты почв до 30–60 см были влажными,
а ниже – оставались свежими. В первом случае, видимо, потому, что
суглинистые отложения слабо фильтруют воду, во втором – влага стекает по склону, почти не попадая в почву. На другом склоне гривы тот
же эффект – до 30 см почвенные горизонты сырые, ниже – влажные. В
староречьях почвы сверху стали сырыми, а с 60 см – влажными. В обводнённых староречьях влажность меняется от сырой к мокрой (ниже
30 см). На осушенном торфянике воды нет, но почвы мокрые.
Таким образом, иссушение почв, ярко выраженное в середине августа, практически исчезло. Исключение – почвы западин и крутых
склонов.
Число видов состояний ПТК на полигоне снова возросло до 11. В
одном состоянии находилось 13 урочищ (с прохладными и влажными
почвами). Это все основные генетические поверхности и их останцы.
Остальные 18 урочищ группировались по 1–3 в 10 видах состояний.
Набор процессов во всех урочищах полигона снова оставался одинаковым. Отмечалось отсутствие перемещения отложений (из-за высокой
задернованности), повышение уровня поверхностных и грунтовых вод,
массовая вторичная вегетация травостоя и начало отмирания молодых
листьев, рост мхов и лишайников, охлаждение почв, увеличение их влажности. Как следствие, – возобновление процессов подзолообразования,
торфообразования, оглеения, т.е. возобновление развития ПТК.
Сравнение засушливых периодов разных лет. Типы погод определяет набор процессов в ПТК (Мамай, Мироненко, 2010). Из-за
малых размеров полигона (около 2 км2), погода одинакова на всей его
237
территории, как и идущие в ПТК процессы. Однако их результаты не
одинаковы в ПТК разных видов, что является следствием их модификации свойствами ПТК (рельефа, отложений, увлажнения, растительности, почв), а также особенностями предшествующих погодных,
внутрисезонных и сезонных состояний.
За 35 лет наблюдений на стационаре Лесуново было 9 летних сезонов с длительной жаркой и экстремально сухой погодой (1979, 1981, 1986,
1992, 1995, 1999, 2002, 2007, 2010). Сравнение показывает, что все они
имеют не только общие, но и индивидуальные, неповторимые черты.
К общим чертам ПТК в жаркие и засушливые периоды относятся:
низкое и очень низкое количество летних осадков (для Мещёры 102–
173 мм); сходство процессов функционирования в разных морфологических частях ландшафтов – отсутствие возникновения новых форм
рельефа и перемещения отложений, понижение уровней поверхностных и грунтовых вод, исчезновение воды в обычно обводнённых понижениях, массовое отмирание трав из любой предыдущей фенологической фазы, отсутствие роста у мхов и лишайников; прогревание почв
и потеря ими влаги, прекращение процессов подзолообразования, накопления торфа, оглеения; прекращение развития ПТК, уменьшение
числа видов (групп) состояний ПТК, лесные и торфяные пожары.
Индивидуальные черты ПТК в эти же периоды обусловлены следующими факторами: разными средними летними температурами
воздуха и количеством осадков; неодинаковым распределением осадков по сезону, вследствие чего образуются внутрисезонные состояния
ПТК; свойствами и длительностью предшествующих внутрисезонных
и погодных состояний ПТК; особенностями предшествующих зимы,
весны, а иногда и осени; состоянием природных компонентов в ПТК
к моменту начала засухи. Все эти причины действуют одновременно,
причём некоторые из них в разные годы могут совпадать.
Приведём примеры индивидуальных черт ПТК в засушливые периоды летних сезонов, обусловленных вышеперечисленными причинами.
Лето 1979 г. (тёплое и очень сухое) и 2010 г. наиболее схожи по
распределению влаги внутри сезона. В оба года лето начиналось с засухи (соответственно 55 и 26 дней). Затем было экстремально влажно
(26 и 10 дней) и снова экстремально сухо (25 и 69 дней). Второй этап
засухи в 1979 г. пришелся на август, а в 2010 г. – на июль и первую
половину августа.
В 1979 г. зимой снега было выше нормы, а весна оказалась экстремально сухой. Растаявший снег пополнил запасы влаги, и потому растительность хорошо пошла в рост. Урожай трав был преимущественно
экстремально высоким и высоким. Травы начали бутонизировать и
238
зацветать, но к началу июля, из-за быстрой потери почвой влаги, произошло их полное отмирание («сено на корню»). Посевы прекрасного
клевера были скошены в сухом состоянии. Отмерла ботва у картофеля.
В начале лета в доминантных урочищах почвы были до 0,5 м свежими,
а ниже – влажными, а уже к середине июня – сверху сухими, а ниже
– свежими. Вода в понижениях отсутствовала, но озеро не пересохло.
После осадков, выпавших в конце июля–начале августа, в следующий
засушливый этап, началась массовая вторичная вегетация и цветение
растений. Но плоды созреть так и не успели, однако был получен второй урожай клевера. Особенности лета 2010 г. описаны выше.
У летних сезонов 1981, 1995 и 1999 гг. внутрисезонные состояния начала лета (соответственно 40, 9 и 14 дней) и его конца (27, 11 и
31 день) были нормально увлажнены, а середина – экстремально сухая
(30, 61 и 61 день). В 1981 г., в экстремально сухом июле массово засыхали нижние ветви у сосен, травостой отмирал («сено на корню»), почти все мхи и лишайники рассыпались в черную пыль. Причина столь
серьёзных изменений – очень холодная и сухая весна. Влаги к началу
лета оказалось мало и, несмотря на нормальные осадки июня, в июле
она быстро иссякла. Снизился уровень поверхностных и грунтовых
вод, исчезла вода во всех понижениях, кроме озера.
В 1995 г. засуха пришлась на май и июнь. Лето началось экстремально рано – 19 апреля! Половодье очень высокое (снесло мост на
реке). В апреле – середине мая температуры воздуха были контрастными – от жарких дней до ночных заморозков. От этого пострадали
лиственные деревья – их кроны стали ажурными, так как облетели помёрзшие листья. Оставшиеся – покрылись «лаковым» налётом (защита от испарения). Засохли тополя, но хорошо чувствовала себя черная
ольха, растущая вдоль русла реки. Сирень забутонилась, но так и не
расцвела. Уже в начале июля начали поспевать плоды у шиповника и
рябины. Урожай трав низкий. Плоды у них так и не налились. После
июльских дождей у деревьев появились новые листья, кроны стали
гуще. В середине августа они массово покраснели.
Лето 1999 г. началось 23 мая. Половодье было высоким. Майские
заморозки привели к вымерзанию посевов, почернению листьев у деревьев. Помёрзли их верхушки. Листья висели, как тряпки. Уже в начале
жаркого и экстремально сухого периода почвы быстро стали свежими до
40–70 см. Урожай трав крайне низкий. К концу июня травы стали плодоносить, но тут же пожелтели и засохли. Плоды земляники и черники
не налились. Отмечался очень низкий урожай картофеля. На пойме, где
влаги было больше, у растений упал тургор, но они не засохли. С началом
дождей (август) отмечалась массовая вторичная вегетация трав.
239
В 1986, 1992, 2007 гг. засуха начиналась с начала лета и длилась,
соответственно, 57, 98 и 77 дней. 1986 г. отличался самым малым количеством летних осадков (102 мм). Зима и весна этого года по температуре и осадкам близки к норме. Поэтому к началу сухого периода
(май, начало июня) почвы были влажными, вода в реке – на среднем
уровне, а в западинах она отсутствовала. К середине лета почвы стали
свежими до 0,5 м (в понижениях до 0,5 м – влажными, а ниже – сырыми). Урожай трав низкий и очень низкий. Фенологические фазы шли
нормально, но на 10–14 дней раньше срока.
Зимой 1992 г. в низинах почвы талые, на остальных поверхностях
промерзание составило всего 2–12 см. Мощность снега была небольшой, но он был исключительно плотный (как асфальт) и покрыт ледяной коркой. Весна – сухая и не дружная. Всё это привело к очень медленному развитию растений, низкому урожаю трав. Уже в июне они
выгорели, а завязавшиеся плоды засохли. Зерновые – очень низкие
и быстро пожелтели. Массово погиб подрост сосны. К началу августа
кроны лиственных деревьев стали желтыми. Отмечено незначительное количество комаров и оводов.
Зима 2007 г. – экстремально поздняя (с 26 января), очень короткая
(57 дней), очень теплая и экстремально влажная. В конце января понижения были затоплены водой. Весна – очень тёплая и сухая. В лесу до
24 марта сохранялись мёрзлые почвы. Половодье раннее и низкое. Травы были низкими, зацвели к концу июня и почти сразу засохли. Почвы
к этому времени были свежими.
Зима 2002 г. была очень тёплой и многоснежной, весна – очень
тёплой и влажной, с высоким половодьем. Засушливый и жаркий период длился с 26 июня по 10 сентября (73 дня). К августу травы высохли, а почвы стали сухими по всему профилю.
На восстановление обычных условий увлажнения в ПТК необходимо разное время. Оно зависит от глубины иссушения, количества выпавших осадков, скорости фильтрации воды в почве. Однако последствия
засухи сказываются и на следующий год (особенно у растительности).
Выяснилось, что в распаханных ПТК воздействие засухи проявляются и
исчезают скорее, чем в лесу и на лугу (Анненская, Мамай, 1975).
Выводы. Засушливые периоды разных лет отличаются сходством процессов: длительным периодом жаркой и экстремально сухой
погоды; отсутствием перемещения отложений; понижением уровней
поверхностных и грунтовых вод; отклонениями в развитии всех видов
растений, прохождением фенологических фаз раньше средних сроков
с тенденцией к отмиранию; прогреванием почв и потерей ими влаги.
Эти процессы приводят к сходным результатам: повышенным тем240
пературам вод и почв, пониженным уровням поверхностных и грунтовых вод, иссушению почв, раннему отмиранию травянистых растений,
прекращению роста мхов и лишайников, а также процессов развития
ПТК, уменьшению числа видов состояний ПТК в ландшафтах.
Однако каждое из засушливых состояний ПТК имеет и хорошо
выраженные индивидуальные черты, которые зависят от многих факторов: особенностей предшествующей зимы и весны, а иногда и осени;
от средних летних температур воздуха и осадков; от того, на какой отрезок времени пришлась жаркая и сухая погода (т.е. от числа и особенностей текущих и предшествующих внутрисезонных и погодных
состояний ПТК); от длительности сезонных, внутрисезонных и погодных состояний и антропогенной нарушенности комплексов. Все эти
факторы действуют одновременно, создавая индивидуальные, неповторимые черты жарких и засушливых периодов в жизни ландшафтов
и их морфологических частей. От этих же причин зависит и длительность периода восстановления в ПТК нормальных условий.
Литература
Анненская Г.Н., Мамай И.И. Последствия экстремальных условий погоды в разных типах природных территориальных комплексов // Вестник Моск. ун-та. Сер
геогр. 1975. № 1. С. 101–105.
Мамай И.И. Динамика и функционирование ландшафтов. М.: Изд-во Моск. унта, 2005. 138 с.
Мамай И.И. Оценка хода развития природных территориальных комплексов //
География и природные ресурсы. 2007. № 2. С. 134–139.
Мамай И.И., Мироненко И.В. Пространственные закономерности временных
свойств природных территориальных комплексов // Вестник Моск. ун-та. Серия
геогр. 2010. № 4. С. 12–17.
К ВОПРОСУ ОБ УСТОЙЧИВОСТИ КУЛЬТУРНЫХ
РАСТЕНИЙ К ПОТЕНЦИАЛЬНО НЕБЛАГОПРИЯТНЫМ
ФАКТОРАМ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
И.В. Манакова, В.А. Осипов, А.В. Смуров, д.б.н., профессор
Биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова
Современные городские экосистемы находятся под воздействием
постоянно усиливающихся антропогенных нагрузок, что приводит к
угнетению, а зачастую и к гибели зеленых насаждений на территории
города Москвы и других городах (Венедиктов и др., 1999). Сочетанное
воздействие разного рода токсикантов приводит к результатам, трудно
поддающимся анализу и прогнозу. Определить интегральный эффект
241
действия поллютантов, используя аналитические методы физико-химических исследований, сложный и трудоемкий процесс, требующий много
времени и не всегда позволяющей давать достоверные прогнозы. Поэтому в современных условиях одной из актуальных задач управления качеством городской среды является теоретическое обоснование и практическое внедрение экспрессных биологических методов (Смуров, 2003).
Высокая чувствительность фотосинтетического аппарата растений к
воздействию загрязняющих веществ и то обстоятельство, что изменения
процессов метаболизма в растениях наступают задолго до проявления
видимых и необратимых последствий, позволяют широко использовать
флуоресцентные методы в фундаментальных и прикладных исследованиях (Асланинди и др., 1988; Венедиктов и др., 1999; Маторин и др., 2010;
Смуров, 2003). В своей работе мы использовали методы анализа состояния фотосинтетического аппарата растений, основанные на измерении
кинетических характеристик флуоресценции хлорофилла при помощи
прибора Teaching PAM-210 (Walz, Германия). В качестве объектов исследований использовали газонную траву «Лилипут» (смесь селекционных
сортов овсяницы Festuca sp., 90 % и мятлика Poa sp., 10 %), а также растение семейства крестоцветных – руколу (Eruca sativa L.).
В опытах растения подвергались воздействию суспензии талого
снега с примесями солей нефтепродуктов и антигололедных реагентов.
Отбор талого снега проводили в придорожной полосе Ломоносовского
проспекта в конце февраля 2010 г. у метро «Университет».
Измерение отношения Fv/Fm, которое характеризует фотосинтетическую активность, проводили в верхней (кутикулярной) части листа.
Для характеристики флуоресцентных показателей использовались средние значения измеряемых показателей (таблица).
Изменения световых зависимостей параметров флуоресценции в контроле и после добавления суспензии
Параметры флуоресценции*
Контроль
Опыт
трава
рукола
трава
рукола
Fv/Fm
0,334
0,364
0,361
0,323
ЕY1/2 мкЕ/(м2с)
0,122
0,211
0,159
0,097
rETR (max.) (отн.ед) Е насыщ.
23,56
35,56
27,17
20,97
rETR при 832 кЕ/(м с)
19,73
33,96
25,57
0,672
2
*Насыщающая интенсивность света – Ен; зависимость электронного
транспорта (rETR) от освещенности (световые кривые); rETR max – максимальная
относительная скорость нециклического транспорта электронов
242
На резкую смену внешних условий (внесение в почву суспензии
загрязненного талого снега) растения во всех случаях отвечали экспоненциальным изменениям параметра флуоресценции. Показатель
флуоресценции зависит от вида растения, типа ткани, физиологического возраста листа и растения и целого ряда внешних факторов.
Время переходного (адаптационного) процесса составляет для исследованных видов растений 3–5 дней и зависит от вида растений и внешних условий. После переходного периода у опытных и контрольных
растений начинают выявляться визуальные отличия (ширина, цвет
листовой пластины и др.), наиболее заметные у руколы.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что флуоресцентные показатели позволяют экспрессно прогнозировать возможные
последствия антропогенных воздействий на растительные сообщества, а селекционно-разработанные сорта растений, более приспособленные к негативным воздействиям окружающей среды, не могут использоваться в качестве биоиндикаторов и тестовых организмов для
оценки качества городской среды.
Литература
Асладини К.Б., Шалапенок А.А., Карнаухов В.Н. и др. Метод определения функционального состояния растений по спектрам флуоресценции хлорофилла: Методические рекомендации. Пущино, 1988. С.24–25, 36.
Венедиктов П.С., Волгин С.Л., Казимирко Ю.В. и др. Использование флуоресценции физиологического состояния зеленых насаждений в городских экосистемах //
Биофизика. 1999. Т. 44. Вып. 6. С. 1037–1047.
Маторин Д.Н., Осипов В.А., Яковлева О.В., Погосян С.И. Определение состояния
растений и водорослей по флуоресценции хлорофилла: Учебно-методическое пособие.
М.: МАКС Пресс, 2010. С. 14–17, 24–94.
Смуров А.В. Экологическая диагностика: биологический и информационный аспекты. М.: Ойкос, 2003. 188 с.
ЦЕЗИЙ-137 В ПОЧВЕ ВОДОСБОРОВ МАЛЫХ РЕК
ПОЛЕССКОЙ НИЗМЕННОСТИ И СРЕДНЕРУССКОЙ
ВОЗВЫШЕННОСТИ ЧЕРЕЗ 20 ЛЕТ ПОСЛЕ АВАРИИ
НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС
Д.А. Манзон, Е.В. Квасникова
Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН
В течение 2006–2009 гг. были проведены экспедиции в Брянскую, Тульскую, Калужскую и Орловскую области, где были отобраны
пробы почвы с использованием бассейнового подхода к выбору мест
243
отбора. Отбор происходил на площади водосборов малых рек Полесской низменности в ландшафтно-геохимических катенах по профилям от привершинных частей водосборов к долинам.
Методы исследования. Для получения данных о плотности загрязнения почв искусственным радионуклидом 137Cs использовались
методы, основанные на сочетании гамма-спектрометрии in situ с отбором почвенных проб с последующим их лабораторным анализом.
Метод гамма-спектрометрии in situ используется для исследований локальных мест загрязнения и позволяет оперативно получить
большое число измерений.
Основной проблемой измерений in situ является задача пересчета данных о поверхностном излучении в величину запаса радиоизотопа в ландшафте.
При наземных измерениях и расчетах дозовых характеристик важно учитывать влияние микрорельефа почвы. Неровности почвы могут
ослаблять мощность дозы так же, как и заглубление радионуклида.
Достоинством метода полевой гамма-спектрометрии in situ является то, что он, набирая большое число измерений в границах элементарного ландшафта, даёт возможность при осреднении этих значений
охарактеризовать загрязнение выделенного ландшафта с достаточно
высокой надежностью.
В качестве вспомогательных средств при измерениях на местности использовались портативные приборы для определения мощности дозы гамма-излучения – дозиметры. Измерения мощности дозы
проводились как для контроля вариабельности поля загрязнения при
радиационном мониторинге, так и для дополнения массива данных.
Использовались дозиметры РКСБ-104 и ДРГ-ОДТ. Определение
проводилось на высоте 1 м и у поверхности почвы. В процессе полевых работ производился отбор почвенных проб и укосов луговой
растительности на гамма-спектрометрический анализ. В настоящее
время дозиметры не могут служить для прикидочных оценок уровней загрязнения цезием-137, так как при одинаковом запасе на небольшом расстоянии друг от друга может наблюдаться высокая вариабельность глубинных распределений.
Отбор проб почвы из опорных разрезов производился следующим
образом. Делался почвенный разрез глубиной до почвообразующей
породы, захватывая ее верхнюю часть. Описывались генетические
почвенные горизонты, определялся вид почвы. Пробы, содержащие
фрагмент почвенного горизонта размером 15х15 см отбирались, как
правило, до общей глубины около 20 см (почвенный слой, в котором
обычно содержится более 70 % полного запаса 137Cs).
244
Рис. 1. Размещение точек отбора проб
Отбор интегральных почвенных образцов проводился при помощи пробоотборника в виде стальной трубы с 5-см глубинной нарезкой, позволявшего брать пробы по слоям 0–5, 5–10, 10–15, 15–20 и
20–25 см в фиксированной «геометрии».
Место для опорных почвенных разрезов выбиралось в центре
элементарных ландшафтов, наиболее характерных для исследуемых территорий. Отбор проб сопровождался ландшафтным описанием точек.
Места почвенных разрезов закладывались таким образом,
чтобы хотя бы один располагался в пределах каждого изучаемого
ландшафтного таксона (рис. 1). Послойный отбор проб позволяет
выстроить точки значений вертикального распределения радионуклидов в почвенном слое 0–30 см, аппроксимируемые математически описываемыми кривыми.
За время исследований было накоплено большое количество исходных данных: более 100 точек отбора проб и более 1000
исследованных образцов почвы. Одновременное использование
портативной гамма-спектрометрии in situ с разреженным отбором
почвенных образцов позволило получить достоверные сведения о
современных уровнях загрязнения 137Cs.
Объекты исследований. Ниже представлены результаты анали245
Рис. 2. Изменчивость плотности загрязнения 137Cs сопряженных
ландшафтов площадки «Ущерпье», Брянская обл. Средняя плотность
загрязнения по площадке – 333 кБк/м2 (9 Ки/км2)
за графиков вертикальной и горизонтальной миграции цезия-137 в
почве водосборов малых рек Полесской низменности и Среднерусской возвышенности.
Особенностью полесского ландшафта являются обширные гривисто-западинные поймы с большой контрастностью условий гидроморфности, что рассмотрено на примере площадки «Ущерпье»
(рис. 2). Обследовалась обширная пойма шириной 800 м с прирусловыми валами и межгривными понижениями.
Площадка Ущерпье – пологое флювиогляциальное междуречье
с палеодюнами. Катена переходит от пологого флювиогляциального
междуречья к гривисто-западинной пойме и выходу в прирусловую
часть. Ландшафт геохимически контрастен. Почва – гляциальные
пески после четвертичного оледенения.
Серия площадок расположена на одной смежной линии, пересекающей малый водосбор, в чём проявляется бассейновый метод (измерения от леса до русла реки). Исследуется прирусловая часть поймы, обнажающаяся в межень, чтобы проследить, есть ли смыв в реку.
Геоморфологически верхние точки профиля расположены в зоне
высокой незатопляемой поймы в 600 м от русла. Под разреженным бором возраста не менее 50 лет идентифицирована аллювиальная дерновая
супесчаная почва. Почва представляет переходный тип между дерновой
246
точка 5
точка 4
точка 3
точка 2
точка 1
Рис.3. Вертикальные распределения 137Cs на пойме р. Ипуть
(площадка «Ущерпье»)
почвой под лугом и дерновой почвой бора. Плотности загрязнения колеблются от 222 до 407 кБк/м2 (6 до 11 Ки/км2) (т.е. близки к средней
по площадке), разброс может быть связан с неоднородностью первичных
выпадений. В верхних 5 см содержится от 55 до 75 % общего запаса. Максимум распределения приурочен к верхним 3 см.
Результаты исследований. На рис. 3. показаны вертикальные распределения 137Cs в разных сопряженных ландшафтах поймы р. Ипуть.
Максимумы в верхнем слое свидетельствуют о повышенном содержании органического вещества в гидроморфных почвах, хорошо сорбирующего 137Cs.
Точка №5 расположена в межгривном понижении с бугристым
микрорельефом, в краевой части осокового болота (см. рис. 3а). Такие понижения распространены в пойме, заболочены в разной степени, в растительности встречается осока, камыш, рогоз, ива, кое-где в
понижениях располагаются старичные озера. В месте отбора пробы
определена аллювиальная дерново-глеевая среднесуглинистая почва. Плотность загрязнения здесь на 25 % выше, чем средняя по площадке, но ниже, чем в зоне переотложения наносов на склонах гривы,
когда в западине в период половодья может формироваться рукав с
русловым течением. Наблюдается ярко выраженный пик распределения в верхних 5 см, составляющий 55 % запаса.
Следующие в сторону русла точки расположены на склоне
247
(см. рис. 3б) и гребне гривы (3в) под густым разнотравным лугом,
склон около 7° длиной 10 м обращен к заболоченному понижению,
почва аллювиальная дерново-глееватая легкосуглинистая. Плотность загрязнения на 55 % выше средней по пойме, вероятно, верхние
5–10 см были намыты.
Ниже по профилю точка расположена на слабонаклонной в сторону русла низкой пойме (см. рис. 3г), превышение над урезом воды
около 0,5 м, под задернованным злаково-разнотравным лугом, почва
аллювиальная дерново-глееватая слоистая, плотность загрязнения
здесь составляет лишь половину от средней по пойме, однако в 10 раз
превышает загрязнение прирусловой части низкой поймы. Вероятно,
шла комбинация переотложения наносов при паводках и половодьях,
в то же время происходил его смыв в реку и транзит вещества.
Точка в прирусловой позиции (см. рис. 3д), образующей небольшую (1–2 м) наклонную поверхность с превышением над урезом воды
(межень) в 25 см. Почва аллювиальная дерново-глеевая супесчаная.
Плотность загрязнения почвы составляет всего 5 % от средней по площадке. Максимум загрязнения (75 %) приурочен к верхним 5 см.
Площадка «Заборье» знаменательна тем, что на ней мы имели дело с наибольшими плотностями загрязнения, измеренными в
2007 г. (рис. 4).
Рис. 4. Изменчивость плотности загрязнения 137Cs сопряженных
ландшафтов площадки «Заборье» Брянская обл., Новозыбковский
район. Средняя плотность загрязнения – 3219 кБк/м2 (87 Ки/км2)
248
Верхняя геоморфологическая позиция расположена на слабонаклонной поверхности палеодюнного холма в мертвопокровном бору.
В разрезе определен боровый подзол. Колебания плотностей загрязнения почв значительны (от 67 до 107 Ки/км2, 2480–3960 кБк/м2),
высокая вариабельность выпадений характерна для лесов.
Ниже в катене точки расположены на первой надпойменной террасе под густым разнотравно-злаковым лугом, а также под щучковым
кочкарником со следами выпаса и у перегиба террасы к пойме под
суходольным лугом. Почвы на террасе дерновые с различными признаками оглеения.
Еще ниже по профилю точки расположены на слабонаклонной поверхности высокой поймы с аллювиальной дерново-глееватой окультуренной
супесчаной почвой, распаханной под картофель. Вода с поймы отведена, в
настоящее время избыточное увлажнение отсутствует. Резко повышенные
значения плотности загрязнения (140 Ки/км2 = 5180 кБк/м2) в слое 0–25 см
наблюдаются в краевой части огорода, где наносы к реке тормозятся ивняком на механическом барьере напаши.
В результате горизонтального переноса вещества можно наблюдать
большой перепад плотностей загрязнения 137Cs в пойме малой реки.
Во всех профилях почвы наблюдается достаточно равномерное
загрязнение в верхних 0–15 см. Содержание 137Cs в верхних 5 см колеблется на уровне 25–35 % запаса. Вероятно, верхний загрязненный
слой запахивался вглубь после Чернобыльских выпадений (видимо,
проводились специальные работы по дезактивации, как в луговых
элементах долины реки, так и в лесу на палеодюнном холме).
При отмечаемом разнообразии вертикальных распределений
137
Cs в почвах площадки уровни расчетной мощности дозы на высоте 1 м от поверхности почвы колеблются от 0,1 мкЗв/ч (10 мкР/ч)
(на пашне) до 0,3 мкЗв/ч (30 мкР/ч) (на остепненном лугу верхней
части долины ручья). При этом удельная величина Кд изменяется от
2 до 5 мкР/ч на 37 кБк/м2 (1 Ки/км2), что существенно ниже, чем Кд
для лесных автоморфных позиций.
Особенности долинно-балочного расчленения Среднерусской
возвышенности заключаются в сочетании сравнительно пологих
склонов междуречий и крутых выпуклых придолинных и прибалочных склонов. Площади пахотных земель занимают более 65–70 % общей площади водосборов, поэтому в пределах ряда малых водосборов
распаханы сравнительно крутые в нижних частях склоны.
Для изучения процессов миграции 137Cs в типичном ландшафтном сопряжении Среднерусской возвышенности была исследована
площадка на водосборе малой р. Локны близ д. Рахманово Плавского
249
Рис.5. Изменчивость плотности загрязнения 137Cs в сопряженных
ландшафтах площадки «Локна», Тульская обл. Средняя плотность
загрязнения по площадке – 383 кБк/м2 (10,4 Ки/км2)
района Тульской области, которая представляет собой типичное для
Среднерусской возвышенности сопряжение ландшафтов (рис. 5).
Р. Локна относится к бассейну средней Оки. Почвы на распаханном под зерновые водосборе – черноземы выщелоченные окультуренные. В результате снеготаяния и дождевого смыва происходит
горизонтальный перенос почвенной массы. По архивным данным
загрязнение в данном месте характеризовалось максимальными
для Тульской области значениями 555±110 кБк/м2 (14±3 Ки/км2) в
1993 г. Ожидаемые уровни плотности загрязнения в настоящее время 444±74 кБк/м2 (12±2 Ки/км2). В привершинной плоской части
водосбора (с уклоном не более 20) уровни загрязнения максимальны
в катене. От этой точки пробы отбирались вниз по склону. Ниже его перегиба наблюдаются минимальные значения –225 кБк/м2 (6,1 Ки/км2),
что объясняется смывом и переотложением наносов ниже – в подсклоновой позиции, где, на механическом барьере края пашни, над
бровкой долины плотности загрязнения 137Cs повышаются до значений, наблюдаемых в привершинной части водосбора.
Склон долины крутой – около 250, задернован и надежно тормозит
смыв с пашни. На пойме уровни изменяются от 181 кБк/м2 (4,9 Ки/км2)
на ее влажной части до 414 и 440 кБк/м2 (11,2 и 11,8 Ки/км2) – в ивняке
и на суходольной части поймы. Почвы аллювиальные дерново-гле250
еватые и дерново-глеевые слоистые. Профили вертикального распределения 137Cs неровные с максимумом на глубине 6–8 см в перегнойном горизонте, представляющим биохимический, сорбционный
и механический барьер.
Общий запас 137Cs в почвах ландшафтов малого водосбора меняется в зависимости от работы смыва и переотложения наносов – в
диапазоне 220–520 кБк/м2 (6–14 Ки/км2). Плотности загрязнения
близки к ожидаемым, однако, их вариабельность увеличилась. Рассеяние 137Cs по вертикали приводит к уменьшению доз внешнего облучения. Так, на пашне уровни мощности дозы – около 25 мкР/ч., на
пойме – 32–35 мкР/ч.
В пойменных почвах с различной степенью гидроморфности из
верхнего 5-см слоя вынесено от 25 до 32 % общего запаса. Эти почвы с периодически-застойным водным режимом обладают заметной
способностью переносить 137Cs из верхних горизонтов в более глубокие и тем самым очищать почвы от поверхностного загрязнения. Гидроморфные почвы в период сезонного переувлажнения отличаются
миграцией 137Cs, сорбированного коллоидными частицами гидроокиси железа, алюминия и кремния, а также комплексными органо-минеральными соединениями.
Выводы. 1. Анализ вертикальных профилей показал, что вне
зависимости от типов почвы глубинное распределение 137Cs происходит в верхнем 20-ти сантиметровом слое почвы с максимальным
значением в 5–15 см от её дневной поверхности.
2. Анализ результатов исследований горизонтальных профилей
(протяжённостью от 70 до 750 м), охватывающих водораздельную,
склоновую и прирусловую части водосборов, показал, что, как правило, основная масса перемещаемого 137Cs накапливается в переходной
позиции профиля.
3. В результате полевых исследований установлено, что в бассейнах малых водосборов при перераспределении 137Cs горизонтальная миграция радионуклида в почве имеет значительно большее влияние чем вертикальная.
251
АКТУАЛЬНОСТЬ ОЗДОРОВЛЕНИЯ ПОЧВ
РОССИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
ИНСЕКТИЦИДНЫХ ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИЙ ДЛЯ
ГЕОБИОНТОВ
А.И. Марченко, к.б.н., в.н.с.
Научно-исследовательский центр токсикологии и гигиенической регламентации
биопрепаратов Федерального медико-биологического агентства РФ,
г. Серпухов, Московская обл.
М.С. Соколов, , д.б.н., академик Россельхозакадемии
Компания ЛабБиоМед, Москва
Усилившаяся во второй половине ХХ в. деградация и патология
почв России – реальная угроза её экологической, экономической и
национальной безопасности. Эта обострившаяся социально-техногенная проблема требует срочной, всесторонней научной оценки и
оперативной реализации комплекса мероприятий по спасению и оздоровлению наших почв, минимизации негативных последствий их
деградации. Функции здоровой почвы – продукционные, барьерные,
трансформационные, средообразующие, биоресурсные – определяют
не только уровень продуктивности и качество фитопродукции наземных экосистем, но и качество жизни самого человека.
1. Характеристика здоровья почвы, её категории. В начале
ХХI в. российские экологи декларировали концепцию «Здоровья
среды, или экосферы» (Захаров, 2000; Захаров и др., 2000). Американские (Doran et al., 1996; Karlen et al., 2001) и отечественные (Ковда, 1989; Кожевин, 2001) почвоведы концептуально обосновали функциональную характеристику – здоровье почвы, определив его как
«…ее способность в течение длительного времени функционировать в
качестве компонента наземной экосистемы, обеспечивая ее биопродуктивность и поддерживая качество воды и воздуха, а также здоровье растений, животных и человека» (Doran et al., 1996).
Современные почвы России целесообразно подразделить на три
основные категории: а) здоровые – большинство природных и часть
окультуренных почв, различающихся по плодородию и не подвергнутых деградации, б) больные – в разной степени деградированные
почвы, в) аномальные – почвы отдельных геохимических провинций.
Применительно к конкретному ландшафтно-географическому
региону (субрегиону) здоровая почва характеризуется недеградированным профилем, оптимизированным биоразнообразием, сбалансированными функциями и структурой биоты, незагрязнённостью
и неинфицированностью, потенциальным плодородием и умеренно
252
оптимальной обеспеченностью доступными биофильными элементами. Плодородная почва традиционно считается эталонным, базовым
компонентом любой окультуренной агроэкосистемы. В отсутствие
негативных стрессоров именно плодородие почвы (в сочетании с оптимальными экоресурсами) обеспечивает агроценозу производство
биопродукции заданного количества и качества.
2. Функции здоровой почвы. Уникальные биотические функции плодородной и здоровой почвы реализуются как ее способность:
а) производить экологичную фитопродукцию, б) детоксицировать,
трансформировать и/или полностью разлагать вредные вещества, в)
подавлять почвообитающих фитофагов, фитопатогенов, патогенов
человека и домашних животных, г) поддерживать биоразнообразие,
сохранять и воспроизводить генофонд биотопа. Здоровая почва – это
нормативно чистая почва, содержащая ксенобиотические и природные поллютанты, радиоактивные элементы, а также вредные биоагенты в пределах экологических, санитарно-гигиенических и фитосанитарных нормативов (Соколов и др., 2010).
Основные функции почвы, определяющие присущее ей качество и
бонитет – это фитопродукционные (плодородие, продуктивность), экологические (здоровье) и биоресурсные (воспроизводство живого вещества, т.е. разнообразия почвенной биоты и генофонда почвы). Проблеме
сохранения и воспроизводства почвенного плодородия традиционно
уделяется повышенное внимание, в то время как экологическая (средообразующая) и биоресурсная функции почвы до недавнего времени
интересовали лишь ограниченный круг исследователей. Однако, если
окультуренная почва экологически неустойчива, т. е. больна – инфицирована, загрязнена, частично утратила биотическое и/или генетическое разнообразие – то даже при оптимуме экоресурсов ее актуальное
плодородие не может реализоваться в полной мере. Только плодородная и здоровая почва в состоянии обеспечить получение заданного (по
массе), качественно полноценного и экологичного урожая.
3. Специфика почвы агроценозов. Стабильное функционирование агроценоза определяется биоразнообразием его почвы, однако по
разным причинам (вследствие техногенеза и др.) в сравнении с природным биогеоценозом оно обеднено. Сельскохозяйственные культуры, а также конкурирующие с ними сорняки – это эдификаторы агроэкосистемы. Они формируют «вокруг себя» сообщества вредных (с
точки зрения землепользователя!) и полезных организмов. Вредители-фитофаги – это наиболее устойчивые компоненты патофитосистемы. Из здоровой почвы они практически полностью элиминируют
под действием системы триотрофа. Биоразнообразие агроценоза со
253
здоровой почвой представлено мезофауной, хищными членистоногими (насекомые, клещи) и разнообразными микроорганизмами:
энтомопатогенами, антагонистами, супрессорами, симбионтами, микоризообразователями. Под влиянием сапротрофов-супрессоров из
почвы элиминируют фитопатогенные, а также вредные для человека
патогенные и санитарно-показательные микроорганизмы.
4. Основные причины ускоренной деградации и патологии
почв. Начиная с середины прошлого столетия, из-за роста техногенных нагрузок почвы России усиленно деградируют. Они загрязняются, инфицируются, дегумифицируются (Проблемы деградации…,
2008; Соколов и др., 2010) и, в конечном счете, утрачивая изначально
присущее биоразнообразие, становятся кондуктивными для вредных
организмов. Эти негативные процессы в больных почвах агросферы
и урбаносферы значительно опережают темпы их естественного самоочищения и самооздоровления. В течение последних десятилетий
процесс деградации почв существенно превосходит масштабы их рекультивации и самооздоровления.
Помимо эрозии, дегумификации, вторичного засоления, подтопления наши почвы непрерывно загрязняются продуктами техногенеза, отходами жизнедеятельности человека и домашних животных.
Это несанкционированные свалки твердых отходов (только в Москве их ежегодно накапливается свыше 5 млн т !), тяжелые металлы,
пестициды, нефтепродукты, техногенные радионуклиды (цезий-137,
стронций-90) и не имеющие порога токсического действия опаснейшие суперэкотоксиканты. Так, по данным экспертов МГУ, диоксиновое загрязнение почв селитебной зоны Москвы близко к аналогичным показателям её промышленной зоны (Агапкина и др., 2010). В
этих условиях необходим объективный экологический прогноз, характеризующий последствия загрязнения.
Для его обеспечения требуется регулярно мониторить и документировать реальное состояние загрязнения почв. Для этих целей наиболее
пригодны разномасштабные экологические карты. Наряду с уровнями
техногенной нагрузки, современные (в компьютерном исполнении) карты должны характеризовать интенсивность постоянно действующих
процессов природного самоочищения почв локальных, водосборно-бассейновых и региональных территорий. Более широкое распространение
должны получить и фитосанитарные почвенные картограммы, оперативно информирующие землепользователя о степени заселения почвы
агроценоза вредными организмами. Здоровье почвы нарушается также
при депонировании в ней патогенной микробобиоты – возбудителей
сибирской язвы, туберкулеза, бруцеллёза, бутулизма, газовой гангрены,
254
сальмонеллёза и ряда других опаснейших заболеваний человека и домашних животных. Наконец, больная почва – основное депо, фактор выживания и передачи во времени возбудителей грибных фитопатогенных
инфекций. Так, на десятках миллионов гектаров ущерб от экономически
значимых возбудителей гнилей корней и основания стебля зерновых
злаков ежегодно оценивается в 10–20 % потерь урожая пшеницы и ячменя (Соколов и др., 2009а).
В агропромышленном комплексе бывшего СССР со второй половины ХХ в. наблюдалось повальное увлечение интенсивными технологиями, которые зачастую сводились лишь к тотальной химизации растениеводства. Из-за несомненных достоинств искусственных,
преимущественно химических удобрений, мелиорантов, пестицидов,
регуляторов роста научная общественность и практики, с одной стороны, резко ослабили внимание к традиционным альтернативным
приёмам и средствам удобрения посевов, защиты растений и урожая
– органическим удобрениям, сидератам, продуктам конверсии отходов животноводства и растениеводства, биопрепаратам, карантинным мероприятиям, севообороту, различным агротехническим приемам. Здоровье наших почв из-за монокультуры, избыточного или
несбалансированного применения агрохимикатов хронически ухудшалось. В ряде случаев этому способствовало и экологически безграмотное сжигание стерни, оставление почвы гумидных агрорегионов
без растений (под чёрным паром) и т.п. Акцентируя внимание на
монокультуре, уповая на пестициды и игнорируя севообороты, был
предан забвению такой уникальный природный фактор оздоровления почв агроценозов, как почвенная супрессивность.
5. Подходы к оздоровлению почв агроценозов. Актуальные научно-прикладные задачи программы оздоровления почв агроценозов
и системный подход к решению этой проблемы нами недавно обсуждалмсь (Соколов и др., 2009а, 2010). Подчеркнём, что при индукции
почвенной супрессивности посредством чередования культур в агроценозе, применения сидератов, других органических удобрений, а также использования экологичных средств защиты растений должна учитываться специфика прижизненного взаимодействия микроорганизмов
и растений. С известным допущением можно утверждать и о продолжении этого взаимодействия после отмирания одного из компонентов
фитомикробоценоза. Сапротрофные микроорганизмы выполняют в
биогеоценозе разнообразные функции средообразования (оздоровление биотопа), ресурсного обеспечения растений (биофилами, БАВ) и
др. В свою очередь, растения для микроорганизмов служат и трофическим субстратом, и переносчиками. Как справедливо подчёркивает
255
А.М. Семёнов (Экология…, 2004), «микроорганизмы фактически создают почву», а почва является и источником, и стоком микробобиоты.
6. Некоторые актуальные проблемы оценки статуса почв и их
оздоровления. Зададимся вопросами: какие основные проблемы,
связанные с оценкой здоровья почв и их оздоровления, наиболее актуальны в сфере аграрного и селитебного почвоведения? В решении
каких конкретных вопросов заинтересованы наши землепользователи и землевладельцы?
6.1. Определение реальной цены земли (ренты 1). Это одна из
нерешённых проблем из-за существенных пробелов в методологии
оценки качества земли. Из-за необъективной бонитировки наших почв
хронически занижается стоимость сельскохозяйственных и лесных
угодий. Это порождает спекуляцию ими, скупку «на всякий случай»,
их последующее нецелевое использование. Поскольку наша земля
относительно дешева, а налоги на недвижимость низкие, сегодня уже
мало кого волнует тот факт, что около 40 млн га пашни России на протяжении длительного времени трансформированы в форму так называемой залежи. В силу биоценотического саморегулирования подобные
земли очень быстро зарастают травянистой и древесно-кустарниковой
растительностью, становятся резерватами вредителей – мышевидных
грызунов, стадных саранчёвых, лугового мотылька и др. Почвы под
стихийными свалками превращается в бедленды и ксеноценозы.
6.2. Диагностика состояния здоровья почвы. Эта проблема
ждет своего решения, причем не только у нас в России (Janvier et al,
2007). Основная причина – это отсутствие комплекса конкретных,
численных критериев (экологически-, социально- и экономическизначимых), требуемых для объективной, качественной оценки здоровья почв и земель. Десятки классификационных характеристик и
показателей качества почвы, используемых для чисто научных целей,
здесь абсолютно не пригодны! Отрадно, что в этом направлении наметился определенный прогресс: учёные МГУ недавно разработали и
запатентовали способ и устройство для определения параметра здоровья почвы, обеспечивающих получение воспроизводимых показателей для его количественной оценки (Семенов, 2010).
6.3. Ускоренные методы определения структуры и численности микробных сообществ. В последние годы почвенные биологи
на Западе активно осваивают ускоренные методы оценки функциональных почвенных процессов, таких как трансформация почвенного
азота и углерода, дыхание почвы, ее ферментативная, супрессивная и
деструктивная активности (Соколов и др., 2010). В санитарной и водной микробиологии взамен самоизготовленным питательным средам
256
для определения нормируемых микроорганизмов (в продукции, сырье, воде) используются стандартные тесты-петрифильмы, сохраняющие свои свойства до полутора лет! Они не только заменяют традиционные чашки Петри и кустарно изготавливаемые питательные
среды, но и существенно облегчают микробиологический анализ,
расширяют сферу его применения, повышают производительность
исследований и достоверность их результатов (Соколов и др., 2011).
Возможно, они окажутся эффективными и при оценке структуры и/
или численности почвенной микробобиоты.
6.4. Эколого-гигиенические нормативы качества почвы. Действующие в России и других странах регламентирующие показатели,
характеризующие нормативно чистую почву – ПДК, ПДУВ, пороги
вредоносности – конечно же несовершенны. Они не учитывают специфику генезиса почвы, экофакторы региона, сочетанное действие
ксенобиотиков, различия в вирулентности фитопатогенов и др. Поэтому экологические последствия для почвенного здоровья совместного воздействия различных поллютантов, вредных биоагентов
оцениваются пока только с позиций их аддитивного эффекта и преимущественно методами биотестирования. В то же время, трудно согласиться с предложениями некоторых исследователей (Алексеенко,
2006) о замене разработанных для почвы ПДК токсичных элементов
их региональными кларковыми величинами. Уже давно назрела необходимость установить для почвы единые эколого-гигиенические нормативы поллютантов (к чему на протяжении последних 20 лет мы постоянно призываем).
Напомним, что согласно многочисленным заключениям компетентных отечественных и зарубежных медицинских специалистов,
продукты, содержащие генетически модифицированные растения
повсеместно рекомендованы для питания взрослого населения без каких-либо ограничений, они не нормируются, т.к. безопасны для здоровья человека и домашних животных (Генетически…, 2007). Однако
актуальным продолжает оставаться вопрос о том, насколько безопасны трансгенные растения in situ для нецелевых организмов?
7. Экологические аспекты производства генно-инженерно-модифицированных растений (ГМР). Современный ассортимент ГМР
насчитывает свыше 50 видов, уже прошедших полевые испытания, а
всего известно более 120 видов ГМР. Их посевы в 2010 г. в 25 странах
мира достигли 143 млн га; за 16-летний период суммарная мировая
площадь посевов ГМР превысила 1 млрд га! В 2007 г. в мире допущено к производству 168 линий ГМР (из них 106 в США и 29 – в ЕС).
В РФ ГМР зарегистрированы и их продукты разрешены только для
257
потребления. В их числе 8 линий кукурузы, 4 – картофеля, 3 – сои,
1 – риса, 1 – сахарной свеклы (Соколов и др., 2009б).
7.1. Биобезопасность генетически модифицированного сорта
(ГМ-сорта) и генно-инженерной деятельности. Подтверждением
биобезопасности ГМ-сорта служат: а) свидетельство о генетическом
соответствии реальной конструкции ГМ-сорта заявленной, б) экспериментальное подтверждение его пищевой и кормовой безвредности, в)
доказательства экологической безопасности, г) свидетельство о включении ГМ-сорта в Государственный реестр селекционных достижений
(Генетически…, 2007). Биобезопасность генно-инженерной деятельности означает более широкое понятие. Это «…система мероприятий,
направленных на предотвращение или снижение до безопасного уровня
неблагоприятных воздействий ГМР на здоровье человека и окружающую
среду» (Кузнецов В.В., Цыдендамбаев , 2008). Реализация подобной
системы предполагает наличие в стране таких облигатных составляющих, как: 1) законодательная база, регулирующая генно-инженерную
деятельность – «законы», 2) система контроля за соблюдением законодательства в этой сфере – «контроль», 3) система профессиональной
оценки рисков и мотивированного принятия решений – «эксперты»,
4) механизм взаимодействия с общественностью для принятия взаимоприемлемых решений – «общественность».
7.2. Методология и критерии экологической оценки ГМР. Изначально наша задача заключалась в том, чтобы обосновать: 1) методологию экологической оценки производства инсектицидных ГМР
(Bt-ГМР), 2) необходимый для их оценки минимум обязательных
критериев. Констатировали, что потенциальные экологические риски
в наибольшей степени присущи производству перекрестно опыляемых Bt-культур (Соколов и др., 2009б). Упреждающая оценка факторов риска Bt-ГМР – продуцируемых ими Cry-белков – позволяет
своевременно принимать адекватные меры по исключению или минимизации сопутствующего негативного действия и последействия
трансгеников. В частности, устойчивая к чешуекрылым вредителям
Bt-кукуруза продуцирует за вегетацию 1–10 кг/га Cry1Аb-белка, что
на 1,5–2 порядка выше, чем при применении Bt-микробиопрепаратов. Cry-белок с опадом и корневыми экссудатами поступает в почву;
пыльца Bt-кукурузы, распространяясь анемохорно, загрязняет Cryбелком смежные участки и открытые водоемы. Выделены 4 наиболее
значимых фактора риска: 1) Cry-белки (энтомотоксины), действующие на нецелевую биоту in situ и ex situ, 2) сукцессия фитофагов в
агроценозе (взамен элиминированным), 3) резистентность целевых
видов фитофагов к Cry-белкам, 4) вертикальный перенос cry-генов
258
вследствие переопыления Bt-ГМР с изогенными (родительскими)
сортами или с дикоросами.
7.3. Действие Bt–растений на нецелевую биоту и её функции.
Обобщение данных мировых публикаций (табл.) свидетельствует,
что негативному воздействию Cry-белков лишь отчасти подвержены
некоторые почвенные нематоды и микроорганизмы, в то время как
беспозвоночная мезофауна индифферентна к их присутствию в почве. Bt–растения индуцируют в агроценозах сукцессию фитофагов.
Так, Bt-кукуруза и Bt-хлопчатник (продуцирующие Cry1Ab-белок)
будучи устойчивыми к чешуекрылым вредителям, сильнее повреждаются фитофагами с колюще-сосущим ротовым аппаратом – тлями и
паутинными клещами (Викторов, 2007).
Экологическую оценку фитомассы Bt-ГМР предложено проводить по трём группам тестов: I. Токсикологическое тестирование,
включающее оценку хронической токсичности, аллергенности, иммунотоксичности и мутагенности; II. Экологическое тестирование,
оценивающее действие Bt-ГМР на почвенную мезофауну, функции
микробопедоценоза; насекомых-опылителей, гидробионты; III. Экологическое моделирование и прогнозирование, оценивающее динамику и баланс Bt-токсина в системе «Bt-ГМР ↔ почва», прогноз условий
и сроков проявления у целевых фитофагов резистентности к Bt-ГМР
и масштабы распространения Cry-белка с пыльцой трансгеника.
На мышах (линии CD-1) исследовали хроническую токсичность
корма (на основе фитомассы кукурузы) с инсектицидным белком
Cry1Ab. В течение 28 дней животным опытных групп скармливали ad
libitum традиционный корм и альтернативный (содержащий Cry1Abбелок в концентрации 10 мг/кг); затем в течение 14-ти суточного
восстановительного периода подопытных животных кормили только
традиционным кормом. По итогам клинических наблюдений за общим состоянием животных, гематологического анализа периферической крови и биохимических анализов её сыворотки, данных патоморфологических исследований не выявили достоверных изменений у
тест-животных, хронически получавших Cry1Ab-белок с пищей.
При добавлении в дерново-подзолистую почву Cry1Ab-белка
(0,1÷1000 мг/кг в смеси с фитомассой кукурузы) в течение 28 суток
не выявили его негативного действия на земляных червей (Eisenia
fetida). Присутствие Cry1Ab-белка в этой же почве не повлияло на
интенсивность её дыхания и процесс нитрификации. Cry1Ab-белок
(0,1÷1000 мг/дм3 в смеси с пыльцой кукурузы) в течение 48 ч экспонирования не оказал негативного действия на дафний (Daphnia magna
Straus). Наконец, оценка действия Cry1Ab-белка (10 мг/л в 50 % са259
Таблица. Действие Bt-ГМР (in situ, ex situ) на различные виды почвенной
биоты (Соколов и др., 2009б)(IV тыс. до н.э.–XIV в. н.э.)
Почвенная биота
Эффект воздействия
-
+
±
Земляные черви
0
0
6
Мокрицы
1
0
3
Многоножки
0
0
1
Коллемболы, клещи
1
0
8
Нематоды
4
1
7
Микроорганизмы, протозоа
6
3
13
Всего (54)*:
12
4
38
*Общее число экспериментов
харном сиропе) на карпатскую медоносную пчелу ни по одному из
10-ти оцениваемых показателей не выявила негативного действия на
рост, развитие и продуктивность медоносных пчелосемей (Маннапов
и др., 2010).
7.4. Краткий итоговый анализ. Мировое производство BtГМР, достигшее в 2010 г. ~ 50 млн га – это широкомасштабная реализация стратегии самозащиты агроценоза от фитофагов. Мы рассматриваем выращивание Bt-ГМР как важнейший инновационный
элемент прогрессивной фитосанитарной технологии, обеспечивающий землепользователю существенные экологические преимущества и определённые экономические выгоды. Выращивание Bt-ГМР
в экологическом отношении вполне безопасно, хотя и связано с потенциальным экологическим риском прямого и/или косвенного негативного воздействия трансгеника на нецелевую биоту агроценоза,
с необходимостью коррекции традиционных агротехнологий и проведения пострелизного мониторинга. Однако при защите посевов (и
продуктов урожая) экологические последствия Bt-ГМР гораздо менее значимы, чем при регулярном применении инсектицидов.
Итак, атрибутами широкомасштабного производства Bt-ГМР, исключающими фитосанитарную дестабилизацию агроэкосистем, являются: а) перманентный пострелизный экологический мониторинг
посевов трансгеников, б) выращивание Bt-ГМР в условиях севооборота, исключающее сукцессию экономически значимых фитофагов,
в) реализация системы специальных антирезистентных мероприятий
(«высокие дозы-убежища» и др.), г) прогнозирование сроков появления у фитофагов устойчивости к Bt-токсину.
260
8. Общее заключение. Главные причины деградации и патологии почв агросферы и урбаносферы – это их загрязнение, инфицирование, дебиологизация, дегумификация, монокультуризация. Эталонная (по качеству) почва агроценозов и селитебных территорий
– это плодородная и здоровая почва, изначально самореализующая
продукционную, экологическую (средообразующую) и биоресурсную функции, системные исследования и комплексная оценка которых необходимы для оптимизации статуса почвенного здоровья и
успешного оздоровления больных почв. Региональные разномасштабные экологические компьютерные карты и фитосанитарные почвенные картограммы, характеризующие степень здоровья почв, их
способность к самоочищению и самовосстановлению – это совремённые информативные и наукоёмкие документы, в наглядной форме
характеризующие результаты экологического мониторинга и динамику оздоровления почвы. Состояние здоровья почвы, разнообразие
и функции её микробобиоты определяется видами флоры и мезофауны биогеоценоза, величиной и качеством перманентно поступающей
в почву биомассы, прижизненных метаболитов растений (экссудатов
и др.) и животных.
Ответственные руководители и администраторы МСХ РФ, Россельхознадзора, других ведомств, ответственные за экологичное производство ГМР, до выдачи госзаказа на их регистрационные испытания должны располагать исчерпывающими ответами на следующие
вопросы: 1) какие ГМР, в каком объёме и для кого производить; 2)
какие агротехнологии применять, чтобы при производстве трансгеников обеспечить выполнение современных требований экологической безопасности?
Литература
Агапкина Г.И., Бродский Е.С., Шелепчиков А.А. и др. Диоксины и диоксиноподобные соединения в почвах Москвы // Биосферные функции почвенного покрова. Пущино, 2010. С. 6–7.
Алексеенко В.А. – Эколого-геохимические изменения в биосфере. Развитие, оценка. М.: Университетская книга–Логос, 2006. 520 с.
Викторов А.Г. Bt-растения и биологическая активность почв // Агрохимия. 2007.
№2. С. 83–88.
Генетически модифицированные источники пищи: оценка безопасности и контроль / Под ред. В.А. Тутельяна. М.: Изд-во РАМН, 2007. 444 с.
Захаров В.М. Здоровье среды: концепция. М.: Центр экологической политики
России, 2000. 26 с.
Захаров В.М., Баранов А.С., Борисов В.И. и др. Здоровье среды: методика оценки.
М.: Центр экологической политики России, 2000. 65 с.
261
Ковда В.А. Патология почв и охрана биосферы планеты (препринт). Пущино:
ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1989. 35 с.
Кожевин П.А. Биотический компонент качества почвы и проблема устойчивости
// Вестник МГУ. Сер. 17, почвоведение. 2001. № 4. С. 45–47.
Кузнецов В.В., Цыдендамбаев В.Д. Биологическая безопасность генетически модифицированных организмов (экспертиза продуктов питания на биобезопасность).
М., 2008. 252 с.
Маннапов А.Г., Марченко А.И., Соколов М.С., Курамшина И.Э. Оценка действия
Bt-ГМР на нецелевую биоту // III Всероссийский симпозиум «Физиология трансгенного растения и фундаментальные основы безопасности» (18–21 октября 2010 г.). М.:
ОБН РАН, 2010. С. 61.
Проблемы деградации и восстановления продуктивности земель сельскохозяйственного назначения в России / Под ред. А.В. Гордеева, Г.А.Романенко. М.: РАСХН,
2008. 68 с.
Семенов А.М. Концепция микробной экологии о пространственно временной динамике микробных популяций в почве // Биосферные функции почвенного покрова.
Пущино, 2010. С. 278–279.
Соколов Д.М., Кашинцев И.В., Соколов М.С. Петрифильмы – современные тесты
для микробиологического контроля пищевых продуктов, сырья и объектов среды обитания // Вопросы питания. 2011. № 1 (в печати).
Соколов М.С., Дородных Ю.Л., Марченко А.И. Здоровая почва как необходимое
условие жизни человека // Почвоведение. 2010. № 7. С. 858–866.
Соколов М.С., Марченко А.И. Здоровая почва агроценоза – неотъемлемое условие реализации его экологических и продукционных функций //Агро ХХI. 2009а. №
10–12. С. 3–5.
Соколов М.С., Марченко А.И., Боровик Р.В. и др. Методологические аспекты экологической оценки производства генно-инженерно-модифицированных инсектицидных
растений // Агрохимия. 2009 б. №№11,12. С.63–90, 52–72.
Соколов М.С., Марченко А.И., Санин С.С. и др. Здоровье почвы агроценозов как
атрибут ее качества и устойчивости к биотическим и абиотическим стрессорам // Известия ТСХА. 2009. Вып. 1. С. 13–22.
Экология микроорганизмов / А.И. Нетрусов, Е.А. Бонч-Осмоловская, В.М. Горленко и др. М.: Академия, 2004. 272 с.
Doran J.W., Sarrantonio M., Liebig M.A. Soil health and sustainability // Advances in
Agronomy. 1996. V. 56. P. 1–54.
Janvier C., Villeneuve F., Alabouvette C.et al. Soil health through disease suppression:
Which strategy from description to indicators? // Soil biology and Biochemistry. 2007.
V. 39. P. 1–23.
Karlen D.L., Andrews S.S., Doran J.W. Soil quality: Current concepts and applications
// Advances in Agronomy. 2001. V. 74. Р. 1–39.
262
УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ: ЛАНДШАФТНЫЙ АСПЕКТ.
ОХРАНА ПРИРОДЫ И УСТОЙЧИВЫЕ ПОСЕЛЕНИЯ
В.Е. Мельченко, к.г.н., доцент
Экономический факультет
Московской государственной академии водного транспорта
Понятие устойчивого развития, основывающееся на Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де Жанейро, 1992),
настолько широкое и неопределенное, что дает возможность под его
прикрытием достижения самых различных целей. По существу, это
геополитическая глобальная программа, проводимая в интересах определенных финансовых властных структур, а позиционируемая, зачастую, как естественно-природная. По Европейской конвенции о
ландшафтах (2000), устойчивое развитие основывается на сбалансированных и гармоничных отношениях между социальными нуждами,
экономической деятельностью и окружающей средой. Но результаты
действия программы устойчивого развития не всегда соответствуют
внешне обозначенным целям.
Попробуем проанализировать ситуацию с устойчивым развитием в плане поселений. Такой анализ требует расширенного подхода
(Мельченко, 2003).
В естественнонаучном плане, целесообразен анализ ситуации в
ландшафтном аспекте, где почвы являются основным ландшафтообразующим телом. К тому же почвы являются основным методическим
инструментом анализа функционирования и развития ландшафта
– «ландшафтной» летописью, информационным банком, где хранится
информация о ландшафте.
1. Трансдисциплинарность, комплексность, ландшафтный аспект. Здесь уместно использование трансдисциплинарного подхода,
при котором охватываются различные области естественных, общественных и технических наук. Трансдисциплинарность рассматривается как один из основных способов решения проблем XXI века.
В России ландшафтный подход опирается на комплексный подход В.В. Докучаева, где рассматриваются природные факторы во взаимодействии, где почвы рассматриваются как естественноисторическое
В работе использованы проектные наработки автора в ООО «Парковая реставрация»
(2007–2010 гг).
Во «Всемирной Декларация о Высшем образовании для XXI века: подходы и
практические меры» (1998, ЮНЕСКО), в ст. 5 и 6 содержатся рекомендации – поощрять
трансдисциплинарность программ учебного процесса и учить будущих специалистов
использовать трансдисциплинарный подход для решения сложных проблем природы и
общества.
263
тело, комплексный объект природы, и где указывается на необходимость учета социальных и даже нравственных и религиозных факторов (Докучаев, 1948).
2. Устойчивое развитие и устойчивые поселения. Понятие устойчивых поселений и устойчивых систем расселения возникло в последнее
десятилетие в градостроительстве, территориальном планировании. Устойчивое развитие поселений и межселенных территорий, по Градостроительному кодексу (2004), это устойчивое развитие территорий, обеспечение при осуществлении градостроительной деятельности безопасности
и благоприятных условий жизнедеятельности человека, ограничение
негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и обеспечение охраны и рационального использования
природных ресурсов в интересах настоящего и будущего поколений.
Понятие об устойчивых системах расселения стало актуальным в
связи с изменениями в характере и структуре местных коренных поселений, в наблюдающихся в последние десятилетия процессах распада
поселений. Очевидно, что в основе этих процессов лежат социальноэкономические процессы, в первую очередь, отсутствие рабочих мест
из-за распада местного производства.
Особенности проявления устойчивых поселений различаются в
зависимости от характера местного производства, плотности застройки, стоимости земли, освоенности, ландшафтных условий, позволяющих проживанию с незначительным стартовым капиталом.
Понятие устойчивой системы расселения раскрывается в концепции «Схемы территориального развития Московской области»,
где указывается на необходимость опоры на «позитивную тенденцию
предыдущих этапов развития области, естественные особенности пространственной и функциональной организации территории, природное и историко-культурное наследие, своеобразие городов, поселков,
сел и деревень, планируемые пространственные преобразования» для
формирования устойчивой системы расселения. В противовес сложившейся радиальной (центростремительной) агломерационной структуры расселения Московской области (Схема…, 2005).
Специфика процесса разрушения традиционных систем расселения проявляется по-разному. Так, вблизи крупных агломераций оформились поселения в виде интенсивного строительства второго жилья
в замкнутых изолированных пространствах – коттеджных поселках.
В экологическом плане такие поселки не всегда организованы: очистных системы зачастую отсутствуют, канализационные отходы сливаются в водоемы, могут быть нарушения и с водозабором грунтовых
вод с вероятностью их загрязнения, сбор мусора также недостаточно
264
организован. Благоустройство в поселках далеко от традиций и от естественного типа; характерен набор решений, не соответствующих ни
традициям, ни ландшафту: искусственный газон с элементами экзотических культурных растений.
Вместе с тем, идет распад поселений постоянного проживания,
связанный, в основном, с необеспеченностью работой на местах, тяготением к крупной агломерации, к транспортной системе.
В существующих социально-экономических условиях – при различных формах собственности на землю, рыночных условиях с доминированием монетарного решения ситуаций, наблюдается вытеснение
мест общественного пользования частными собственниками. Это особенно характерно на территориях, привлекательных для рекреации, на
традиционных местах отдыха местного населения.
Эти факторы формируют обстановку отчуждения от родной земли. С другой стороны, идет продажа паевых земель, точечная застройка
в поселениях. Самоуправление фактически не работает.
В настоящее время, с переходом земель общественного пользования в частное, наблюдается и фрагментация пространства – опасный
признак разрушения привычного традиционного идентифицирующего национальную культуру пространства.
С другой стороны, в районах, удаленных от крупных агломераций,
появляются специфические образования, так называемые экопоселения, понимаемые как устойчивые поселения. Но в какой мере они
живучи – образования, провозгласившие экологию идеологией устойчивого развития? Почему проявляется несостоятельность таких поселений, образований, экодеревень?
В основе, прежде всего, социально-экономические причины. Соблюдение экологических условий очень дорого. Продукция, производимая в экопоселениях, неконкурентоспособна. Это явление имеет
характер некой декоративности. Причем декоративность – почти обязательный атрибут. Что означает, что это не просто поселение для производства сельскохозяйственной продукции, а носитель некой идеи.
Чаще всего присутствует, как доминанта, экологическая составляющая. Экологическую идею дополняют или организовывают сакральные, религиозные аспекты. Так, характерны для экопоселений идеи
рериховского движения, различных сектантских образований. Встречаются даже совсем экзоты – индейцы. Группы принимают внешнюю
атрибутику, чтобы отличаться от местного населения.
К тому же люди, организовывающиеся в экопоселения, часто не вписываются в социум, имеют низкие профессиональные качества ведения
сельского хозяйства. Попытки образования элементарных экопоселений
265
приходят к краху, например, в Сибири, на Алтае. Организаторы экопоселений, в лучшем случае, переходят на коммерческие рельсы, занимаясь туристической деятельностью, пчеловодством (не всегда удачно) и
забывают об экологическом аспекте. А идеология экопоселения идет как
реклама для туризма. В худшем случае, экопоселенцы разоряются, снижая до крайности свой жизненный уровень. Иногда идеология экопоселений, подкрепленная какими-либо религиозными учениями, сводится
к сектантству. Возможно, стремление к идеологической обоснованности оправдано при отсутствии государственной идеи. Однако экологизм
здесь зачастую только внешний атрибут.
Как ни странно, такие экопоселения обычно находятся в конфликте с местным населением. Местный социум выдавливает такие образования, как чужаков. Хотя конкурентами они не являются, но часто
вынуждены паразитировать на местных жителях, кичась своими высокими идеями, не имеющими природный корней. Тем не менее, экопоселение представляет интерес как феномен культуры.
То же время имеются древнерусские традиции отношения к природе, к земле, к почве, например, сакрализация земли у староверов. Считается, что с почвой связана память. Так, уходившие на войну брали с собой
землю с приусадебного участка, чтобы она помогла вернуться домой.
3. Устойчивые поселения и ООПТ. Организация ООПТ (особо
охраняемых природных территорий), определяющая тотальную охрану природы, также способствует отчуждению территории от местного
населения. При этом, зачастую, при создании на ООПТ условий для ее
использования частными привилегированными лицами уменьшается
роль местного населения в управлении этой территорией.
Организация ООПТ для сохранения биологического и ландшафтного разнообразия – форма тотальной охраны, опирающаяся на
международное и российское законодательство. Здесь, кроме прямого
обеспечения охраны ландшафтов, может присутствовать скрытый механизм управления через ограничение хозяйственной деятельности,
ограничения для общественного использования территории, с возможностью элитарного. Множество примеров, когда ООПТ закрыты
для местного населения, но доступны для отдельных чиновников.
Такой механизм зачастую реализуется при поддержке зарубежных фондов. Природоохранный статус определяется по отношению к
мировому или федеральному уровням, вне учета интересов местного
населения. Отсюда и множество конфликтов. Хотя интерес к охране
природы должны проявлять местные жители, именно они, в первую
очередь, на себе испытывают негативные последствия антропогенного
воздействия.
266
Организация ООПТ не полностью обеспечивает решение проблемы сохранения ландшафта, его образа. Речь идет о каждом ландшафте индивидуально и месте поселения или сфере его использования.
Практически невозможно сохранить нетронутыми все ландшафты, все
поселения. Необходим выход из противоречия, заданного системой
ООПТ – островов, т.е. замкнутых, ограниченных природных объектов.
Здесь речь должна идти не о временной консервации и не о вырывании
территориального природного объекта из социума, а в первую очередь,
о сохранении традиций, индивидуальных тенденций развития.
Проблема заключается еще и в том, что на сегодняшний день в
управлении доминирует система охраны, причем тотальной, – через
ограничения. А ландшафт нуждается в управлении деятельностью,
воздействием на природные территориальные комплексы, а не охраны
природного объекта, вырванного из системы.
4. Тенденции рыночных условий. Программы устойчивого развития, в любом случае, действуют в условиях рынка, в том числе и рынка
земельных отношений, рынка ресурсов, что определяет механизм оперирования природными объектами. Этот механизм выражается в упрощенном подходе к природе, и соответственно, к ландшафту. Понятие
ландшафта заменяется «пейзажем». Ландшафтное проектирование сводится к озеленению, эстетическому оформлению приусадебного участка
с искусственным стандартным решением, с набором модных элементов
благоустройства: искусственный газон, горка и искусственный бассейн.
Почва учитывается только на землях сельскохозяйственного производства. Да и то в зависимости от срока аренды.
Но, фактически, основой воспроизводства продуктов питания является почва. И разрушая почву, изымая ее из воспроизводства, уменьшают
площади сельскохозяйственных земель. Это при тенденции нехватки земель для производства продуктов питания на уровне биосферы.
В рыночных условиях территории с ценными рекреационными
земельными ресурсами для поселений, особенно вблизи крупных агломераций, вытесняют, замещают земли другого целевого назначения использования, в том числе и земли сельскохозяйственного назначения и
лесного хозяйства. Все это наряду с финансовым кризисом способствует
разрушению местного производства, лишению рабочих мест и обозначает тенденцию к распаду местных поселений, начиная с оттока населения
и заканчивая продажей участков под строительство второго жилья (характерно для территорий, тяготеющих к крупным агломерациям).
В таких условиях формируется упрощения схема, при которой
природа рассматривается как рынок земельных ресурсов, без учета её
реакции, устойчивости и дополнительных функций.
267
5. Рекламный подход. Рыночный подход подразумевает упрощение, вырывание используемого объекта из естественноисторической
среды. И как механизм рыночных отношений – обязательную рекламу. В рекламе, ориентированной на восприятие, доминирует внешний
потребительский аспект. Ценность земли определяется эстетическими
свойствами ландшафта, престижами, местоположением по отношению
к центрам и транспортной доступностью.
Даже в охране природы, в качестве знаков используются не важнейшие элементы, а наиболее эффектные (панда, снежный барс).
Для позиционирования участка, обеспечения рекламы, нужны внешне эффектные символы, знаки. И уже эти знаки становятся объектом
рынка и объектом потребления (Бодрийяр, 2007). Характерно, что почва,
как традиционный знак, вымывается из рынка и далее из сознания.
Почва же по своей сущности находится вне внешних эффектов,
хотя и является основной составной частью ландшафта, как элемент
биосферы. При этом происходит десакрализация не только почвы, но
и Земли. Что может повлечь за собой и отчуждение от привычных памятных символов.
Выводы. Наблюдаются следующие тенденции в плане парадоксов
устойчивого развития:
• Сокращение земель воспроизводства биологической продукции вблизи крупных городов, агломераций за счет расширения территорий под коттеджные поселки «второго жилья».
• Разрушение традиционной структуры поселений за счет коттеджных поселков.
• Отчуждение местного населения от ландшафта, от земли.
• Отчуждение от места, от ландшафта при создании ООПТ, переходящих в другой уровень управления и закрывающих доступ к традиционным местам отдыха.
• Замена основной функции ландшафта – жизнеобеспечения
на одну из функций – эстетическую, благоприятную для проживания
(в транспортном плане). Это свойство ландшафта, как имеющее повышенную рыночную стоимость, активно рекламируется.
• Формирование «экопоселений», идеологически соответствующих устойчивому развитию, но не вписывающихся в социум и потому распадающихся (неустойчивых).
• Вымывание из рынка почвы в традиционном смысле, замещение традиционной ее атрибутики на внешние знаки.
• Утрата традиционного сакрализованного отношения к Земле,
к почве.
268
Литература
Бодрийяр Ж. К критике политической экономии знака. М.: Академический проект, 2007. 335 с.
Градостроительный кодекс РФ от 29.12. 2004 г. № 190-ФЗ.
Докучаев В.В. Учение о зонах природы. М.: ОГИЗ, 1948. 64 с.
Европейская конвенция о ландшафтах (ETS N 176). 2000.
Мельченко В.Е. Ландшафтные ресурсы России: специфика, разнообразие, управление // Использование и охрана природных ресурсов в России. Бюллетень. 2003.
№ 11–12. С. 69–78.
Схема территориального развития Московской области – основные положения градостроительного развития. Постановление от 13.10. 2005 г. № 739/41 – http://www.msklaws.ru.
АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ПРИРОДНЫХ
ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ РАЗНОГО
ИЕРАРХИЧЕСКОГО УРОВНЯ
Г.В. Митенко, С.А. Круглова, В.Р. Хрисанов, к.г.н.
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино
Введение. Возрастающие потребности общества в природных ресурсах, хозяйственная деятельность, нарушение норм и правил природопользования существенно меняют естественное функционирование
и структуру природных экосистем. Особенно быстро изменяются природные системы в местах большой концентрации людей и интенсивной сельскохозяйственной или промышленной деятельности.
Существование и функционирование природных систем обусловлено целым рядом факторов: физических, химических, биологических,
и сочетание этих факторов образуют те самые природные условия, в
которых были сформированы и развились природные системы. Флуктуации природных условий или тренды климатических изменений
(например, среднегодовой температуры) являются «привычным» для
экосистем. Под внешним воздействием на природные системы подразумеваются факторы различного происхождения, прежде всего, антропогенное воздействие различной природы, глобальные изменения
климата, природные катастрофы и т.д.
Важным является определение общей интегральной устойчивости природных территориальных комплексов (ПТК), поскольку именно этот показатель будет характеризовать допустимые уровни человеческой деятельности на данной территории (Митенко, Снакин, 2009).
Большинство исследователей (Арманд, 1983; Гродзинский, 1987;
Глазовская, 1976; Дьяконов, Иванов, 1991; Исаченко, 1991; Мельченко,
1995; Одум, 1996; Риклефс, 1979 и др.) определяют устойчивость как
269
внутреннюю способность системы находиться в состоянии, близком к
равновесию, и возвращаться к нему после различных нарушений, или
её способность выдерживать изменения, вызванные влиянием извне и
возобновляться. Под устойчивостью мы понимает способность ПТК
сохранять своё функционирование в пределах естественных флуктуаций природных параметров, т.е. в рамках конкретного инварианта
(Снакин, Митенко, 2009).
Важнейшей проблемой является возможность реализации количественного подхода к анализу устойчивости природных систем. В этом
отношении развивается несколько направлений. Одно из них – определение максимального уровня воздействия конкретного фактора на
природную систему, которое не принесет для этой системы существенного ущерба. Такой подход характеризуется адресностью в отношении
фактора воздействия в конкретных условиях среды, например, определение величин критических нагрузок воздействия различных поллютантов в рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на
большие расстояния (Женева, 1979). Другой подход связан с оценкой
интегральной устойчивости природных территориальных комплексов
к внешнему воздействию. Он менее дифференцирован в отношении
факторов воздействия, но более универсален и позволяет сравнить
различные природные комплексы в исследуемом отношении.
Методика анализа. Один из таких интегральных подходов основан на анализе процессов, определяющих энергетику ландшафта, где
энергетика ландшафта – совокупность потоков энергии в ландшафте,
ее преобразования и выхода (Снакин, 2008). Энергетика природных
систем обусловлена поступлением тепловой, прежде всего солнечной
энергии, атмосферных осадков, механическим перемещением косного
вещества (в т.ч. потенциальным), активностью живого вещества (Снакин и др., 1998, 2007).
Методически вышесказанное можно представить как сумму интегральных показателей энергетики ПТК: E = R + A + G+ P, где: E – показатель суммарной энергетики; R – показатель тепловой энергии; А
– показатель энергии атмосферных осадков; G – показатель энергии
косного вещества; Р – показатель энергии живого вещества.
Следует отметить, что конкретизация приведенных выше показателей представляет собой отдельную проблему, зависящую как от
уровня иерархии рассматриваемого природного территориального
комплекса, так и от степени исследования территории.
Более подробное описание методики и некоторые результаты,
полученные на основе вышеуказанного методического подхода, представлены в ряде публикаций (Снакин и др., 1992; Хрисанов, 1998; Фе270
деральный атлас, 2003; Национальный атлас, 2007; Снакин, Митенко,
2009; Митенко, Снакин, 2009). В данной работе предпринята попытка
проиллюстрировать использование энергетического подхода для различных иерархических уровней природных систем.
Оценка устойчивости ПТК Европы. В качестве основы дифференциации территории Европы по тепловому потоку были использованы данные о радиационном балансе из атласа «Природа и ресурсы
Земли» (1998) (рис. 1).
Рис. 1. Карта балльной оценки солнечной радиации для территории
Европы: 1 балл – < 8 Дж/км2 в день; 2 балла – 8–10; 3 балла – 10–12;
4 балла – 12–14; 5 баллов – >14 Дж/км2 в день
Поскольку тепловой поток из недр Земли в некоторых регионах Европы имеет существенное ландшафтообразующее значение (например,
Исландия), для уточнения этого показателя добавляли один балл для
территорий с тепловым потоком более 150 Вт/м2, или 0,013 Дж/км2 в
день (это максимальные значения тепловых потоков для территории суши,
в соответствии с данными атласа и сайта http://www.evropa-klimat.ru).
В качестве исходных данных по влагообеспеченности ПТК Европы
также использовали материалы атласа «Природа и ресурсы Земли»,
при этом шкала была изменена на 5-балльную (рис. 2). Максимальные
количества осадков приурочены к прибрежным территориям и уменьшаются вглубь континента.
Для анализа механической активности косного вещества ПТК
Европы (в том числе и потенциальной) учитывали: тип рельефа, тип
морфоструктур и усредненную крутизну склонов. Кроме того, для
территорий находящихся по высоте ниже уровня моря вычитали один
271
Рис. 2. Карта балльной оценки атмосферных осадков для территории
Европы, баллы: 1 – <400 мм в год; 2 – 400–600; 3 – 600–1000; 4
– 1000–1400; 5 – >1400 мм в год
балл устойчивости по рассматриваемому показателю, поскольку эти
депрессивные территории в меньшей степени способны к сбросу всякого внешнего воздействия.
Итоговая оценка устойчивости ПТК Европы по активности косного вещества литогенной основы определялась по сумме указанных
выше трех составляющих и приведена на рис. 3. Вполне естественно,
что по подвижности косного вещества максимальные оценки приурочены к горным областям.
Для оценки энергетики живого вещества ландшафтов Европы был
выбран показатель первичной биологической продуктивности. При
Рис. 3. Карта балльной оценки подвижности косного вещества для
территории Европы: баллы от 1 – наименьшая подвижность, до 5
– наибольшая способность к перемещению
272
Рис. 4. Карта балльной оценки потенциальной биологической
продуктивности растительных сообществ для территории Европы,
баллы: 1 – менее 0,1 кг/м2 в год; 2 – от 0,1 до 0,25; 3 – от 0,25 до 0,5; 4
– от 0,5 до 1; 5 – более 1 кг/м2 в год
подготовке карты по продуктивности ландшафтов Европы использованы данные А.М. Тарко (Бегельман, Тарко, 1999; Национальный атлас, 2007) (рис. 4).
Интегральная оценка устойчивости ПТК Европы к внешнему
воздействию получена суммированием балльных оценок основных
проанализированных параметров (солнечная энергия, атмосферных
осадков, энергия механического перемещения косного вещества и
энергия живого вещества). Полученные в результате геопроцессинга
(пересечения различных картографических слоёв в среде геоинформационной системы) территориальные выделы имели уникальное значение балла для каждого из исследованных (выбранных) параметров.
Таким формальным образом получившиеся контуры проанализированных параметров имеют схожий с ландшафтными выделами (или
ландшафтами в широком понимании) смысл.
Сумма баллов была редуцирована для 5-балльной шкалы (рис. 5).
Территории с низким показателем интегральной устойчивости
ПТК (слабоустойчивые) занимают 44 % территории Европы (север и
северо-запад России, Финляндии). Среднеустойчивые ПТК занимают
около 45 % территории Европы (Северный Кавказ и Черноземье в России, основная часть Украины, Белоруссии, Германии, Австрии, Великобритании). Высокая устойчивость (немного более 10 %) характерна
для ПТК Италии, юго-востока Франции, Португалии, Балканских государств, значительной части Испании. Незначительные (около 1 %)
по площади ПТК с максимальными значениями устойчивости находятся в Португалии, Италии, Греции, Албании, Черногории, Грузии и
273
Рис. 5. Карта интегральной балльной оценки устойчивости
ПТК Европы, суммарный балл: 4–5 – неустойчивые; 6–8 –
слабоустойчивые; 9–11 – среднеустойчивые; 12–14 – устойчивые;
15–20 – высокоустойчивые
на Черноморском побережье России. Устойчивость ПТК Европы имеет
ярко выраженное зональное распределение с возрастанием к югу, что
во многом обусловлено распределением солнечной энергии. Расположение областей с максимальными оценками устойчивости на юго-западном побережье Атлантического океана, побережьях Средиземного
и Чёрного морей, обусловлено сочетанием наилучших климатических
характеристик (достаточных количеств тепла и влаги для активного
развития растительности).
Оценка устойчивости ландшафтов Московской области. При
оценке устойчивости территории более крупного масштаба, например,
для ландшафтов Московской области (МО), вводятся дополнительные параметры, которые позволяют дифференцировать территорию
на данном уровне рассмотрения (Государственный доклад, 2004). Так,
наиболее информативными параметрами поступления солнечной
энергии в ландшафты Московской области послужили значения радиационного баланса и экспозиция склонов. Радиационный баланс отражает общее поступление солнечной энергии в ландшафт, а экспозиция
склонов – перераспределение этой энергии по ландшафтам. В зависимости от особенностей рельефа ландшафты с различной экспозицией
склонов будут получать разное количество солнечной энергии.
Интегральные значения устойчивости ландшафтов Московской
области по обеспеченности солнечной энергией получены путем сумми274
рования баллов по радиационному балансу и по экспозиции склонов
(рис. 6.).
Влагообеспеченность (количеством атмосферных осадков) во
многом обусловлена преобладающим направлением перемещающихся
воздушных масс и барьеров на их пути. Количество осадков, выпадающее в юго-восточных и центральных районах Московской области
минимально (рис. 7).
Оценка энергетики механического перемещения косного вещества
в ландшафтах Московской области на данном уровне рассмотрения
была проведена по следующим параметрам: гранулометрическому
составу подстилающих пород, расчлененности рельефа и высоты над
уровнем моря.
Свойства подстилающих пород. В процессах перемещения твердого вещества важным является гранулометрический состав подстилающих пород. По гранулометрическому составу отложений можно судить
о способности вещества к перемещению, проявляющейся в различной
рассортировке обломочного материала; наиболее мелкий обломочный
материал более подвижен, чем крупнообломочный. На территории
Московской области встречаются два основных типа подстилающих
пород: пески и суглинки (Анненская и др., 1997). Различные глинистые и суглинистые подстилающие породы, характеризующиеся как
более инертные к перемещению и, соответственно, с меньшим энергопотенциалом, имеют низкий балл устойчивости. В общем случае более
подвижные песчаные подстилающие породы более устойчивы.
Рис 6. Балльная оценка
поступления солнечной энергии в
ландшафты МО
Рис. 7. Балльная оценка
поступления атмосферных
осадков в ландшафты МО
275
Расчлененность рельефа отражает взаимодействие эндогенных
и экзогенных процессов. По степени расчлененности рельефа можно
судить о энергопотенциале территории. Большую энергетику рельефа
отражают территории с резко расчлененным рельефом, где потенциально может иметь место активное перемещение вещества по различным элементам ландшафта и балл устойчивости будет больше.
По данным Н.Г. Судаковой и др. (1997), ландшафты исследуемой
территории попадают в категории от нерасчлененных почти плоских
равнин до расчлененных наклоненных возвышенностей, с соответствующими баллами устойчивости.
Высота над уровнем моря. По высоте залегания ландшафта над
уровнем моря можно судить о способности к активному механическому перемещению вещества в нем и, соответственно, его энергопотенциале. Высвобождаемая энергия перемещающегося вещества будет
большей на возвышенных территориях, а наименьшей в ландшафтах с
малыми гипсометрическими показателями.
Итоговая оценка устойчивости ландшафтов по процессам механического перемещения косного вещества получена суммированием вышеуказанных параметров (гранулометрический состав подстилающих
пород, расчлененность рельефа и высота над уровнем моря), с последующей редукцией шкалы (рис. 8).
Оценка энергетики живого вещества в ландшафтах Московской
области проведена по величине годовой продуктивности растительных
сообществ. Для оценки устойчивости ландшафтов по данному параметру была использована логарифмическая пятибалльная шкала. В
результате оценки устойчивости ландшафтов по рассматриваемому
параметру установлено, что наиболее высокий балл устойчивости имеют пойменные луговые сообщества с наибольшей величиной продуктивности (18–26 т/га в год), менее устойчивы ландшафты, поверхность
которых покрыта лесами, а отдельные участки заболоченных хвойных
лесов, продуктивность которых составляет всего 3–5 т/га в год, обладают
самым низким показателем энергетики живого вещества (рис. 9).
Интегральная оценка устойчивости ландшафтов Московской области получена суммированием балльных оценок основных проанализированных параметров (солнечная энергия, атмосферных осадков,
энергия механического перемещения косного вещества и энергия живого вещества).
Относительно устойчивые ландшафты занимают большую часть
территории Московской области (около 64 % всей ее площади), в то
время как малоустойчивые ландшафты занимают, соответственно,
около 36 % площади Московской области. Малоустойчивые ландшаф276
Рис.8. Балльная оценка механического перемещения твёрдого
вещества ландшафтов МО
Рис. 9. Балльная оценка
продуктивности живого
вещества ландшафтов МО
ты занимают северную и восточную части Московской области. Эти
ландшафты расположены в основном в пониженных элементах рельефа с северной ориентацией склонов и низкими значениями величины
годовой продуктивности растительных сообществ.
Самым малоустойчивым ландшафтом на территории Московской
области является Ермолинский ландшафт, который находится на самом севере области (рис. 10).
Оценка устойчивости ландшафтов национального парка “Орловское полесье”. Оценка дифференциации ландшафтов национального парка (НП) по обеспеченности солнечной энергией была проведена на основе экспозиции склонов и альбедо поверхности ландшафтов,
поскольку данные для такой дифференциации территории НП по величине радиационного баланса отсутствуют (Бокачева, 1998).
Распределение территории национального парка по обеспеченности солнечной энергии представлена на рис. 11. Кленско-Еленский, Кудрявецко-Радовищенский и Орсинский ландшафты имеют больший балл
устойчивости(2 балла). Хотынецкий ландшафт имеет наименьшие баллы по экспозициям склонов и альбедо поверхности, а значит суммарный
балл этого ландшафта наименьший (1 балл).
Энергия атмосферных осадков. Поскольку данные по дифференциации территории национального парка по поступающему количеству осадков отсутствуют (имеются лишь данные по одной точке наблюдения),
В качестве ландшафтной основы использовали карту ландшафтов Московской области
Г.Н. Анненской и др. (1997).
Для ландшафтного деления территории использовали материалы Схемы организации
Национального парка «Орловское Полесье» (1996, разработчик ландшафтного раздела
– В.Е. Мельченко).
277
Рис. 10. Интегральная устойчивость ландшафтов МО
для разделения ландшафтов по влагообеспеченности на картах крупного
масштаба можно учитывать распределение атмосферных осадков в зависимости от особенностей рельефа. По литературным материалам и оцифрованной карте топоосновы известно, что Кудрявецко-Радовищенский
ландшафт, имея пологие склоны, заболочен. По предлагаемой качественной шкале он характеризуется нормальной влагообеспеченностью (балл
устойчивости – 3). Орсинский и Кленско-Еленский ландшафты, имея в
большинстве крутые склоны рек, характеризуются низкой влагообеспеченностью, т. к. влага не задерживаясь стекает в водотоки (балл устойчивости – 1). Хотынецкий ландшафт имеет среднюю влагообеспеченность
с баллом устойчивости 2 (рис. 12).
Энергия механического перемещения косного (твердого) вещества.
При оценке ландшафтов национального парка наиболее информативными параметрами являются свойства пород и расчлененность рельефа. Параметр высоты над уровнем моря, который использовался при
оценке ландшафтов Московской области, на данном уровне рассмотрения не используется, так как все четыре ландшафта национального
парка попадают в один диапазон высот от 51 м до 250 м. Использование этого параметра для этого уровня иерархии природных комплексов приведет к сглаживанию и потере различий ландшафтов при
278
Рис. 11. Оценка поступления
солнечной энергии в ландшафтах
НП, балл
Рис.12. Оценка
водообеспеченности
ландшафтов НП, балл
получении результирующей оценки энергии перемещения косного
(твердого) вещества.
Свойства подстилающих пород. Анализ свойств подстилающих
пород национального парка “Орловское полесье” проведен по карте
четвертичных отложений. Кленско-Еленский ландшафт покрыт маломощными и среднемощными надморенными песками, Кудрявецко-Радовищенский – песками различной мощности, Хотынецкий – мощными лессовидными суглинками, Орсинский – моренными покровными
суглинками. В соответствии с этим, первые два ландшафта имеют балл
устойчивости – 3, а вторые два – балл 1. Следовательно Кленско-Еленский и Кудрявецко-Радовищенский ландшафты более устойчивы, чем
Хотынецкий и Орсинский.
Расчлененность рельефа. По картографическим материалам и
геоморфологическим описаниям, проведенным институтом “РОСГИПРОЛЕС” на территории национального парка, была оценена устойчивость ландшафтов территории парка по расчлененности рельефа.
Наименее расчлененный Орсинский ландшафт имеет меньший балл
устойчивости (1 балл), Кленско-Еленский и Хотынецкий, занимающие большую территорию парка, среднюю и слабую расчлененность
(2 балла) и Кудрявецко-Радовищенский ландшафт наиболее расчленен и характеризуется большим баллом – 3.
Суммарные оценки устойчивости ландшафтов национального парка “Орловское полесье” по энергии механического перемещения косного
(твердого) вещества. На территории парка ландшафты разделились
по трем баллам устойчивости в следующем порядке: Орсинский и Хо279
тынецкий ландшафты – 1 балл, Кленско-Еленский – 2 и КудрявецкоРадовищенский – 3. Ландшафт, подстилаемый песчаными породами с
сильно расчлененным рельефом, характеризуется наибольшей устойчивостью в отличие от остальных (рис. 13).
Анализ энергетики живого вещества ландшафтов национального
парка “Орловское полесье” проводился по картам лесоустройств лесничеств. Национальный парк располагается на стыке двух зон – широколиственных лесов и лесостепи. Кленско-Еленский и Кудрявецко-Радовищенский ландшафты покрыты мелколиственно-хвойными
лесами с небольшой примесью сосны.
По данным Н.И. Базилевич (1993) величина продукции мелколиственно-хвойных лесов в зонах широколиственных лесов и лесостепи в среднем составляет 12,37 т/га в год и имеют балл устойчивости
2 (рис. 14). Хотынецкий и Орсинский ландшафты в основном распаханы. По данным районных Управлений сельского хозяйства средняя
продуктивность по хозяйствам, расположенных на территории национального парка составляет 1,85 т/га в год и балл устойчивости Хотынецкого и Орсинского ландшафтов будет 1.
Интегральная оценка устойчивости ландшафтов национального
парка “Орловское полесье” получена суммированием бальных оценок
четырех групп проанализированных параметров (рис. 15). К группе
малоустойчивых ландшафтов относятся Кленско-Еленский, Хотынецкий и Орсинский ландшафты.
Кленско-Еленский ландшафт национального парка “Орловское
полесье”, имеющий суммарный балл устойчивости 6, в основном за-
Рис. 13. Оценка механического
перемещения косного вещества в
ландшафтах НП, балл
280
Рис. 14. Оценка продуктивности
растительных сообществ
ландшафтов НП, балл
Рис. 15. Интегральная оценка устойчивости ландшафтов
национального парка «Орловское полесье»
нят смешанными лесами и характеризуется средним показателем по
альбедо; в нем преобладает северо-восточная и северо-западная экспозиция; покрыт маломощными и среднемощными надморенными
песками, имеет среднюю и слабую расчлененность рельефа; низкую
влагообеспеченность, средний показатель по продуктивности мелколиственно-хвойных лесов.
Суммарный балл устойчивости Хотынецкого ландшафта 5. Он в
основном распахан и характеризуется высоким показателем альбедо с
преобладанием, так же как и в Кленско-Еленском ландшафте, северовосточной и северо-западной экспозиции; покрыт менее подвижными
мощными лессовидные суглинками, так же имеет среднюю и слабую
расчлененность рельефа; среднюю влагообеспеченность и низкий показатель продуктивности растительных сообществ.
Орсинский ландшафт, имеющий суммарный балл устойчивости 5,
преимущественно распахан. Он характеризуется средним показателем
по альбедо, с преобладанием юго-восточной и юго-западной экспозиции; покрыт моренными покровными суглинками, имеет наименее
расчлененный рельеф; с низкой влагообеспеченностью и также как
предыдущий ландшафт характеризуется низким показателем продуктивности растительных сообществ.
К группе устойчивых ландшафтов относится Кудрявецко-Радовищенский ландшафт, имеющий суммарный балл устойчивости 10. Он
занят смешанными лесами и характеризуется средним показателем по
альбедо с преобладанием юго-восточной и юго-западной экспозиции;
покрыт песками различной мощности и имеет наибольшую расчленен281
ность рельефа, высокую влагообеспеченность и средний показатель по
продуктивности (мелколиственно-хвойный лес).
Таким образом, наши исследования показали правомерность и
универсальность энергетического подхода к определению устойчивости ПТК. В зависимости от иерархического уровня рассмотрения и
наличия конкретных данных по дифференциации территории необходимо детализировать набор параметров для оценки устойчивости
изучаемой территории, выбирая наиболее информативные. При рассмотрении территории в крупных масштабах (когда часто отсутствуют
подробные данные о радиационном балансе) для ее дифференциации
по этому показателю могут быть использованы дополнительные параметры (альбедо, ориентация склонов и т.п.).
Литература
Анненская Г.Н., Жучкова В.К., Калинина В.Р., Мамай И.И., Низовцев В.А., Хрусталева
М.А., Цесельчук Ю.Н. Ландшафты Московской области и их современное состояние. Смоленск: Изд-во СГУ, 1997. 296 с.
Арманд А.Д. Устойчивость (гомеостатичность) географических систем к различным
типам внешних воздействий // Устойчивость геосистем. М.: Наука, 1983. С. 14–32.
Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука, 1993. 293 с.
Бегельман Г.З., Тарко А.М. Модель глобального цикла углерода с высоким пространственным разрешением // Сообщения по прикладной математике. М.: ВЦ РАН, 1999. 29 с.
Бокачева М.В. Устойчивость ландшафтов национального парка «Орловское Полесье». Магистерская диссертация. Пущино, 1998.
Глазовская М.А. Ландшафтно-геохимические системы и их устойчивость к техногенезу // Биогеохимические циклы в биосфере. М.: Наука, 1976. С. 99–118.
Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды Московской области в 2003 году» / Ред. Н.Г. Гаранькин, Н.Г. Рыбальский, В.В. Снакин. М.: НИА-Природа–РЭФИА, 2004. 384 с.
Гродзинский М.Д. Устойчивость экосистем: теоретический подход к анализу и методы
количественной оценки // Известия АН СССР, Серия географ. 1987. № 6. С. 5–15.
Дьяконов К.Н., Иванов А.Н. Устойчивость и инерционность геосистемы // Вестн.
Моск. ун-та. Сер.5, География. 1991. № 1. С.28–35.
Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование. М.: Высшая школа, 1991. 366 с.
Мельченко В.Е. Использование ландшафтного метода в процессе проектирования национальных парков. Дисс. на соискание уч. ст. канд. географических наук. М., 1995. 142 с.
Митенко Г.В., Снакин В.В. Анализ устойчивости природных территориальных комплексов на примере стран Европы // Использование и охрана природных ресурсов в России.
2009. № 1. С. 3–12.
282
Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986. Т. 2. 328 с.
Природа и ресурсы Земли: Атлас (Resources and Environment World Atlas). В 2 т. Москва–Вена: Институт географии РАН, 1998.
Природные ресурсы и экология России: Федеральный атлас / Под ред. Н.Г. Рыбальского и В.В. Снакина. М.: НИА-Природа, 2003. 278 с.
Риклефс Р. Основы общей экологии. М.: Мир, 1979. 422 с.
Снакин В.В. Экология и природопользование в России: Энциклопедический словарь.
М.: Academia, 2008. 816 с.
Снакин В.В., Мельченко В.Е., Бутовский Р.О. и др. Оценка состояния и устойчивости
экосистем. М.: ВНИИприрода, 1992. С. 102–107.
Снакин В.В., Митенко Г.В. Природная составляющая устойчивости территориальных
комплексов европейских государств // Глобалистика как область научных исследований и
сферы преподавания. М.: МАКС Пресс, 2009. С. 297–315.
Снакин В.В., Хрисанов В.Р., Мельченко В.Е. Устойчивость природных территориальных комплексов – базовая компонента устойчивого развития страны // Экологическая парадигма: выбор России в III тысячелетии. Научные труды МНЭПУ. Вып. 2. 1998. С. 78–91.
Снакин В.В., Хрисанов В.Р., Митенко Г.В. Потенциальная устойчивость ландшафтов // Национальный атлас России. Т. 2. Природа. Экология. М.: ПКО «Картография»,
2007. 419 с.
Судакова Н.Г., Введенская А.И., Немцова Г.М. Устойчивость литолого-палеогеографической основы природной среды Московского региона // Вестник МГУ. Сер. 5. Геогр. 1997.
№1. С.43–53.
Хрисанов В.Р. Энергетика природных территориальных комплексов (ПТК) как мера
их устойчивости к антропогенному воздействию. Дисс. на соискание уч. ст. канд. географических наук. М., 1998. 128 с.
МЕХАНИЗМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
ПОЧВ К ЗАГРЯЗНЕНИЮ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ,
ИХ РОЛЬ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ БИОСФЕРЫ
Г.В. Мотузова, д.б.н., профессор
Факультет почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова
Устойчивое развитие общества – это гармоничное единство трех
сфер: экономической, социальной и экологической. Развитие науки
все более убедительно свидетельствует о ведущей роли экологической устойчивости в формировании современного и будущего состояния общества. Подходы к изучению этих процессов опираются на
основные положения геохимии ландшафта, основателем которой является наш выдающийся соотечественник Б.Б. Полынов; дальнейшее
развитие этой науки в работах А.И. Перельмана, М.А. Глазовской.
Начало развития учение об экологической устойчивости, ставшего
283
одним из основных современных направлений геохимии, положено
М.А. Глазовской более 30 лет тому назад (Глазовская, 1978, 1997).
Начало практической деятельности в направлении обеспечения
экологически устойчивого состояния общества на планете ознаменовано принятием в 1980–1987 годах международными природоохранными организациями основ концепция устойчивого развития. В
нашей стране это знаменуется Указом Президента РФ 1996 года «Об
утверждении концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию». Прошедшие почти 15 лет свидетельствуют о слабых
успехах в области обеспечения устойчивого состояния экосистемы к
различным видам техногенного воздействия, Недостаточно разрабатываются и внедряются способы использования на практике методов
прогноза, контроля и повышения устойчивости почв к загрязнению
различными поллютантами. Это обусловлено в значительной мере
тем, что теоретические основы экологической устойчивости почв к
загрязнению разработаны недостаточно.
Механизмы экологической устойчивости почв к загрязнению
тяжелыми металлами и их роль в функционировании биосферы.
Концепция экологической устойчивости ландшафта имеет биотическую направленность и понимается, как внутренняя способность
ландшафта обеспечивать сохранение жизни на планете. Экологическая устойчивость к внешним воздействиям ландшафта в целом обусловлена преимущественно экологической устойчивостью к этим воздействиям почвы, вследствие того, что ее механизмы обеспечивают
выполнения почвой уникальных функций в биосфере.
Под экологической устойчивостью почв к химическому загрязнению понимается способность почв выполнять в биосфере защитные функции (в отношении живых организмов) при воздействии загрязняющих веществ.
Выполнение этих функций почвой обеспечивается в значительной мере ее участием в формировании геохимических барьеров
разных уровней организации. Выявление их находится в полном соответствии с определением понятия геохимических барьеров, сформулированным А.И. Перельманом еще в 1961 году, как таких зон, где
происходит резкое уменьшения интенсивности миграции химических элементов. При этом под миграцией химических элементов понимаются все ее виды (Перельман, 1961, 1968).
Есть все основания подойти к анализу механизмов экологической устойчивости почв по отношению к химическому загрязнению
с позиций системной организации процессов, формирующих вещественный состав почв. Говоря о загрязнении биосферы, следует
284
отметить опасность тяжелых металлов. Тяжелые металлы (нередко
в эту группу включают и неметаллы) – это микроэлементы антропогенного происхождения, которые поступают в окружающую среду из
техногенных источников в количествах, превышающих природный
уровень их поступления. При оптимальном их содержании в окружающей среде они необходимы для живых организмов.
Основой экологической устойчивости почв по отношению к загрязняющим веществам является способность почвенных компонентов поглощать и прочно удерживать поллютанты (в данном случае,
тяжелые металлы), ограничивая их миграцию в ландшафте и ослабляя негативное влияние на живые организмы.
Экологическая устойчивость почв к загрязнению тяжелыми металлами обусловлена системной организацией соединений химических элементов почвы, в том числе соединений тяжелых металлов.
Формируются эти системы под влиянием иерархически связанных
процессов, протекающих на разных уровнях организации биосферы.
Эти системы соединений химических элементов свойственны почвам
как особым природным образованиям, ее компоненты находятся в постоянной взаимосвязи, определяющей их содержание и соотношение.
Формируются они под влиянием иерархически организованных
потоков химических веществ. Для каждого из иерархических уровней
характерны специфические процессы, определяющие механизмы формирования и сбалансированность потоков перераспределения химических элементов (количество, скорость, расстояние), связывающих
как компоненты каждой из подсистем, так и уровни системы между
собой (табл. 1).
Выделяются следующие уровни организации системы соединений химических элементов почвы: вещественно-фазовый, почвеннопрофильный, ландшафтно-геохимический, биосферный. Структура
каждого из уровней определяется взаимосвязью составляющих их
компонентов. Устойчивость всей системы в целом обеспечивается
функционированием каждой из подсистем Концепция о геохимических барьерах, как о зонах ограничения миграции химических элементов, эффективна при анализе механизмов устойчивости каждой
из подсистем, каждого из иерархических уровней процессов, формирующих систему соединений химических элементов почвы (Перельман, 1961, 1968).
Основной ячейкой системы является элементарная система соединений химических элементов, представляющая ее вещественнофазовый уровень организации (рис. 1).
Существенный влияние на эффективность барьера, действующе285
Таблица 1. Схема иерархической организации системы соединений химических элементов почвы (Мотузова, 1999)
Уровень
Система
Вещественно-фазовый
Элементарная система
соединений
химических
элементов в
почвах
Системообразующие отношения
Подсистемы
Процессы синтеза,
разрушения, трансформации веществ в
результате реакций
осаждения – растворения, сорбции
– десорбции, ионного обмена, диффузии, образования
дисперсных систем,
гидратации, гидролиза, диссоциации,
комплексообразования, окисления
– восстановления
Прочносвязан-ные
вещества, подвижные
соединения твердых фаз, вещества
раствора, почвенного
воздуха, почвенной
биоты
Почвенно- Система
профиль- соединений
ный
химических
элементов
почвенного
профиля
Процессы водной и
биогенной внутрипрофильной миграции веществ
Соединения химических элементов
почвенных морфонов,
горизонтов
Биогеоценотический
Система
соединений
химических
элементов
биогеоценоза
Процессы перераспределения вещества
в биогеоценозе
Соединения химических элементов почвы,
породы, почвен-ных
вод, воздуха, живого
вещества
Ландшаф- Система
тно-геохи- соединений
мический химических
элементов
ландшафтногеохимической арены
Процессы латеральной миграции и аккумуляции веществ
в ландшафте
Соединения химических элементов компонентов элементарных
ландшафтов
Биосферный
Процессы глобального геологического
и биологического
круговорота веществ
Соединения химических элементов
почвенного покрова,
литосферы, гидросферы, атмосферы, живого вещества планеты
286
Система
соединений
химических
элементов
биосферы
Рис. 1. Элементарная система соединений химических элементов
почвы
го на этом уровне организации системы соединений химических элементов, оказывают подвижные соединения твердых фаз химических
элементов, формирующиеся при активном участии биоты и находящиеся в равновесии, с одной стороны, с мобильными соединениями
этих элементов в почвенном растворе, в почвенном воздухе, а с другой стороны, с прочно связанными соединениями этих элементов, где
последние закрепляются и не способны к миграции. С их участием
формируется состав соединений тяжелых металлов в почвах, подверженных воздействию растворов солей металлов, как в лабораторных,
так и в полевых условиях.
Количественной мерой этих процессов служат показатели сорбционной способности в отношении исследуемого химического элемента материала, представляющего почвенный горизонт или его характерную относительно однородную часть (педон, морфон). Эти показатели
определяют экспериментально преимущественно в лабораторных условиях. Они отражают зависимость количества поглощенного почвой
металлов от их концентрации во взаимодействующем с почвой растворе и характеризуют как способность почвы сорбировать данные
металлы, так и способность металлов сорбироваться данной почвой. В
лабораторных условиях возможно выявление влияния на эти процессы различных контролируемых факторов (концентрация металла, вид
соли, в форме которой он был внесен, сопутствующие элементы, кислотно-основные условия и пр.). Рис. 2 свидетельствует о зависимости
287
Рис. 2. Изотермы поглощения цинка подзолистой и дерновой почвами
поглощения цинка двумя исследуемыми почвами от концентрации
металла во взаимодействующем с ней растворе, о большей активности
в удерживании цинка гумусированными горизонтами подзолистой, и
особенно дерновой почвой, об ограниченной способности минеральных горизонтов к поглощению металла.
Химические, физические, минералогические свойства отдельных почвенных горизонтов, соотношение проходящих через почву
потоков металлов при их водной и биогенной миграции, а также собственные свойства металлов обеспечивают поглощение этих металлов
и удерживание их в составе различных почвенных компонентов. Так
формируются в почвенном профиле барьеры, ограничивающие миграцию металлов и их влияние на сопредельные среды. Количественной мерой таких барьеров могут служить коэффициенты профильной
дифференциации металлов (отношение содержания их в почвенном
горизонте к содержанию почвообразующей породе) (табл. 2, 3).
Исследованные красноземы Западной Грузии наследуют от минералов основных эффузивных пород региона высокий уровень содержания Cu (90–110 мг/кг) и Zn (60–70 мг/кг). Сохранению этого
уровня в почвенном профиле способствует удерживание металлов
преимущественно свободными оксидами железа, которыми богаты
красноземы. Особенно активно в качестве геохимического барьера
проявили себя иллювиальные горизонты краснозема в отношении
цинка. Высокой активности гумусированных горизонтов в удерживании Cu и Zn не выявлено (коэффициенты дифференциации металлов
для этих горизонтов близки к 1) .
Процессы перераспределения химических элементов (в том чис288
Таблица 2. Коэффициенты профильной дифференциации Zn в красноземе
на коре выветривания основных эффузивов (Западная Грузия) (Зырин и
др., 1979)
Zn в составе:
Горизонт
Zn общ.
оксидов
железа
глинистых
минералов
первичных
минералов
А1
В1
В2
С
0,9
0,9
1,9
1,0
1,1
1,1
1,9
1,0
0,6
1,2
1,0
1,0
0,9
0.6
0,5
1,0
Таблица 3. Коэффициенты профильной дифференциации Сu в красноземе на коре выветривания основных эффузивов (Западная Грузия) (Зырин
и др., 1979)
Cu в составе:
Горизонт
Cu общ.
оксидов
железа
глинистых
минералов
первичных
минералов
А1
В1
В2
С
0,9
0,8
0,7
1,0
1,2
0,9
1,0
1,0
0,6
0,7
0,7
1,0
0,9
0.5
0,4
1,0
Таблица 4. Массовые доли металлов в органах растений (мг/кг сухого
вещества) лесов Приморья (Перельман, 1968)
Растение
Орган
Fe
Mn
Cu
Zn
Кедр
корейский
Хвоя
Ветки
Древесина
Кора
Корни
98
88
240
580
747
283
102
18
64
9
3
5
3
5
6
37
21
12
18
242
Дуб
монгольский
Листва
Ветви
Древесина
Кора
100
79
86
364
370
610
46
341
4
4
6
7
20
19
9
15
ле металлов) в биогеоценозе, сопровождающиеся аккумуляцией их в
различных органах многолетних деревьев, обеспечивают эффективность биотических барьеров на бигеоценотическом уровне организации экосистемы (табл. 4).
Показатели накопления металлов в органах многолетних деревьев Среднего Сихотэ-Алиня, вычисленные с учетом массы органов
деревьев и массовой доли металлов в их составе, свидетельствуют о
долговременном ограничении миграции Fe вследствие его аккуму289
ляции в многолетней древесине и корнях кедра корейского. Относительно быстрое включение в биологический круговорот возможно
для Mn, самого биофильного элемента.
Вследствие совокупного действия иерархически связанных процессов перемещения и аккумуляции химических веществ природного и техногенного происхождения почвенный покров проявляет себя
в биосфере как мощный геохимический барьер в отношении тяжелых
металлов. Имеется целый ряд расчетных данных, подтверждающих
это. При мощном поступлении преимущественно из техногенных
источников свинца на земную поверхность вынос его из почв ничтожен. Об этом свидетельствуют обобщенные результаты сопоставления поступления металла из атмосферы и выноса его из почв разных
стран (табл. 5). Время, необходимое для выноса из почв умеренного
пояса металлов техногенного происхождения, по ориентировочным
расчетам, измеряется веками и составляет для Cd 75–380 лет, для Hg
500–1000 лет, для As, Ni, Cu, Pb, Se, Zn 1000–3000 и более лет.
Заключение. Иерархическая организация биосферы, взаимосвязь процессов перемещения и аккумуляции металлов природного
и техногенного происхождения обусловливают механизмы устойчивости к воздействию металлов каждого из уровней экосистемы. Они
же служат основой практических мероприятий для повышения устойчивости почв к загрязнению металлами, специфических для каждого из этих уровней. Способность почвенного покрова в целом ослаблять негативное влияние загрязнения почв на живые организмы
планеты обусловливает выполнение почвами одной из важнейших
экологических функций.
Эти обстоятельства позволяют расширить классическое определение понятия почвы, утверждающее влияние важнейших природных
факторов на образование и свойства почв, и подчеркнуть значение экологической устойчивости почв к загрязняющим веществам, которая
обеспечивает выполнение почвой одной из ее важнейших экологических функций – защитной функции. Почва – биокосная гетерогенная
Таблица 5. Годовой баланс поступления из атмосферы и выноса Pb из
почв, г/га в год (Кабата-Пендиас А. Пендиас Х., 1989)
Страна
Суммарное
поступление
Pb из
атмосферы
Вынос
Pb из
почв
Дания
Германия
Швеция
260
110
150
0.3
6
81
290
Регион
Суммарное
поступление
Pb из
тмосферы
Вынос
Pb из
почв
Польша
США
207
260
40
0,3
многофазная полидисперсная термодинамически открытая система
минеральных, органических, органоминеральных веществ и живых
организмов, постоянное взаимодействие которых между собой и с другими компонентами экосистемы в целом обеспечивает «жизнь» почвы,
ее устойчивость по отношению к внешнему химическому воздействию
и способность выполнять функции защиты от него.
Литература
Глазовская М.А. Методологическая основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. М.: Изд-во МГУ, 1997. 102 с.
Глазовская М.А. Принципы классификации почв по их устойчивости к химическому загрязнению // Земельные ресурсы мира, их использование и охрана. М., 1978.
С. 85–99.
Зырин Н.Г., Мотузова Г.В., Симонов В.Д. Обухов А.И. Микроэлементы (бор, марганец, медь, цинк) в почвах Западной Грузии // Содержание и формы соединений микроэлементов в почвах. М.: Изд-во МГУ, 1979. С. 3–158.
Кабата-Пендиас А., Кабата-Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях.
М.: Мир, 1989. 436 с.
Мотузова Г.В. Соединений микроэлементов в почвах: системная организация,
экологическое значение, мониторинг. М.: УРСС, 1999. С.145.
Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Высшая школа, 1961. 342 с.
Перельман А.И. Геохимия эпигенетических процессов. М.: Недра, 1968. 330 с.
РАЗВИТИЕ ИДЕИ БИОСФЕРЫ – ОСНОВА
УСТОЙЧИВОГО ДВИЖЕНИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ
Г.Б. Наумов, д.г.-м.н., профессор
Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского РАН, Москва
В последнее время слова биосфера и ноосфера все чаще и чаще
встречается не только в научной литературе, но и на страницах газет и
журналов, на радио и телевидении. И это не случайно. Концепция покорения природы, господствовавшая в прошлом столетии, постепенно
сменяется парадигмой рационального природопользования. Путеводной звездой на этом пути служит идея биосферы, четко сформулированная В.И. Вернадским в первой половине ХХ века, и после долгого
забвения все более активно проникает в наше мышление, способствуя
осознанию неразрывных связей между Человеком и окружающей его
Природой.
Начало пути. К ясному пониманию влияния живых организмов
на процессы, происходящие в земной коре, наука шла постепенно.
291
Идеи изменяемости видов под влиянием среды затрагивались уже в
трудах Жоржа Бюффона (1707–1788). К пониманию геологической
роли совокупности живых организмов впервые подошел французский естествоиспытатель Жан-Батист Ламарк (Гидрогеология, 1802).
Идеи влияния минеральной среды на географию растений ярко вырисовываются в работах Александра Гумбольдта (1769–1859). Термин
«биосфера» впервые употребил австрийский геолог, почетный член
Петербургской АН Эдвард Зюсс (Происхождение Альп, 1875) . Его понимание биосферы скорее отвечает тому, что мы сейчас называем биота – исторически сложившуюся совокупность всех живых организмов
конкретных территорий. Русский естествоиспытатель, геолог и почвовед Василий Васильевич Докучаев (1846–1903), основатель научного
генетического почвоведения, впервые установил понятие о почве как
особом «биокосном» естественноисторическом природном теле.
Современный этап развития представлений о биосфере связан
с выходом в свет работы В.И. Вернадского «Биосфера», в которой он
развил целостное представление о взаимодействии живого и косного
вещества, о связи биосферы с космосом и роли биоты в эволюции земной коры.
Научно-технические успехи ушедшего столетия существенно изменили образ жизни людей, сделав их более комфортными. Но за все
надо платить, и мы платим тем, что все острее начинаем ощущать и
прямые и косвенные последствия этого самого технического прогресса. Загрязнение окружающей среды, рост преступности, агрессивности, насилия, наркомании и т.п.
Успешные реализации новых научных открытий породили лозунг:
«покорения природы», быстро охвативший все слои общественного
мышления. «Мы не можем ждать милости от природы!».
Проекты, основанные на техническом подходе, строятся по одному алгоритму. Вопрос должен решаться здесь и сейчас. Без расчета
на перспективу. Это требует экономика, основанная на «быстрых деньгах». В результате суммарный негативный эффект не уменьшается, а
растет. И будет расти дальше при существующей стратегии поведения
человечества.
Инстинктивно ощущая это, человечество выдвигает лозунг: Запретить! Запретить сбрасывать отходы. Запретить заражать почвы, воды,
атмосферу. Кажется, все это правильно. Но как запретить прогресс?
Причина не в технике, а в способах мышления, которые унаследованы от предшественников, и которые уже не дают желаемых результатов в новых условиях.
Общий подход к решению возникающих проблем взаимодействия
292
природы и человека, его методология был заложены В.И. Вернадским в
учении о биосфере и ее переходу в ноосферу. «Мы живем в эпоху, когда
человечество впервые охватило в бытии планеты всю Землю. Биосфера
перешла в новое состояние – в ноосферу» писал Вернадский в 1937 г.
К этим идеям от подходил постепенно. «Впервые я столкнулся с
биогеохимическими проблемами в 1891 г.», – писал сам В.И. Вернадский (1940). В 1916 г. он завел папку для материалов по живому веществу, которые легли в основу его фундаментальной работы «Биосфера»
(1926) и затем целый ряд статей по этой тематике.
Но новые идеи упали на неблагодатную почву. «Мои идеи проходят медленно и, как всегда, встречают непонимание и недоверие» писал он своему другу И.И. Петрункевичу (1989).
Более того, в 1927 г. в журнале «Под знаменем марксизма» биолог и философ И. Бугаев напечатал рецензию на «довольно интересную книжечку Вернадского», требующую «все же к себе критического
отношения», поскольку автор «занимает явно метафизическую позицию» (Бугаев, 2000). В 1931 г. в том же журнале микробиолог Д.М. Новогрудский писал: «весь пресловутый эмпиризм акад. Вернадского
– это дешевая декларация... Работы и методология акад. Вернадского в
целом являют собою поучительный пример того жалкого состояния, в
которое повергается наука, находящаяся в плену буржуазной идеологии» (Новогрудский, 2000). Наконец в 1932 г. акад. А.М. Деборин подвел итог: «Все мировоззрение В.И. Вернадского, естественно, глубоко
враждебно материализму и нашей жизни, нашему социалистическому
строительству» (Деборин, 2000).
Но и геохимические корифеи Европы Виктор Морис Гольдшмидт,
Вильгепьм Эйтель и др. видели геохимию только как химию косного вещества планеты в рамках “Zeitschrift fiir Krystallographie” или с
“Beitrage zur Gaeophysik”. Главным препятствием являлась невозможность ввести в эти рамки биогеохимические проблемы, центр работы
по которым был связан только с исследованиями Вернадского и его
школы. Даже А.Е. Ферсман в своей статье «Успехи минералогии и геохимии за 25 лет Советской власти» (1959), перечисляя 13 основных
направлений развития геохимии, вообще не упомянул о биогеохимии.
Несколько особняком стоит отношение к этим идеям немногих
почвоведов, биологов и географов: Б.Б. Полынова, В.Н. Сукачева,
В.А. Ковды, Н.В. Тимофеева-Ресовского – основателя русской научной школы радиобиологии, его ученика А.Н. Тюрюканова, глубоко
воспринявших суть этих идей. В.Н. Сукачев сформулировал положение о дискретной структурной единице биосферы – биогеоценозе, как
части биосферы.
293
В 1967 г. ученик Б.Б. Полынова А.И. Перельман, читавший лекции по геохимии ландшафтов на географическом факультете МГУ,
выпустил сборник избранных трудов по биогеохимии, включавший
отдельные главы «Очерков геохимии» и «Биосферу». И вновь общественное молчание.
К.П. Флоренский, которого сам ученый называл «мой последний
ученик», хранитель кабинета-музея В.С. Неаполитанская и Н.В. Филипова подготовили и издали под общим названием «Живое вещество» неоконченные рукописи В.И. Вернадского, существенно дополняющие его мысли, сконцентрированные в изданном основном труде.
Это издание существенно ничего не изменило, поскольку изложенные
в нем идеи и материалы не корреспондировали доминирующим в то
время научным взглядам.
Только в 1989 г. благодаря энергии В.С. Неаполитанской выходит
сборник «Биосфера и ноосфера». Возможно, отсюда начинается поворотный момент к биосферным идеям Вернадского. В 1993 г. «Биосфера» издается на итальянском языке (Vernadsky, 1993), в 1997 г. – на
французском и испанском (Vernadsky, 1997).
Возвращение к забытым идеям. Наконец, в 1998 г. в США впервые выходит полное издание этой работы на английском языке с обстоятельными комментариями известных ученых (Vernadsky, 1998).
Биосферные идеи Вернадского получили широкую международную
известность. Через три четверти века! И пока главным образом в научном сообществе. В 2000 г. французский журнал «Fusion» в статье редактора E. Grenier (2000) признает, что во Франции всегда знали Владимира Вернадского, но считали его «кабинетным ученым» и только
теперь начинают осознавать все практическое значение его идей. Более того, его по праву можно считать отцом глобальной экологии.
Более того, американский политик, бизнесмен и экономист Линдон
Ларуш пришел к выводу, что методология В.И. Вернадского имеет общенаучное значение и применима не только к естественным, но и к гуманитарным наукам (Lindon, 2001). Его системный междисциплинарный
подход показывает необходимость синтетического анализа природных
процессов и намечает пути дальнейшего развития научного мышления.
Почему же столько времени эти идеи не воспринимались научным сообществом, не получали общего признания и, следовательно,
не оказывали существенного влияния на развитие научной мысли? В
этом плане интересно соображение члена английского Королевского
общества Дж. Лавлока. «Когда Линн Маргулис и я в 1972 г. предложили гипотезу Геи, мы не знали о трудах Вернадского, и никто из наших
более осведомленных коллег не указал нам на эту ошибку. Лишь не ра294
нее, чем в 80-х годах мы обнаружили, что он был нашим выдающимся
предшественником…
Владимир Вернадский первый пришел к выводу об участии живых организмов в круговороте элементов. Он ясно осознавал, что существуют связи между жизнью на Земле и физической средой… Мы,
ученые англоязычного мира, используя термин «биосфера», также
должны признать выдающиеся заслуги Вернадского» (Лавлок, 1993).
К этому откровенному высказыванию Дж. Лавлока надо добавить,
что любая научная мысль и даже реальное конкретное наблюдение не
включаются в коллективную научную систему, если они не укладываются в господствующую парадигму. Идеи В.И. Вернадского существенно опередили свое время. Не случайно сам ученый в 1931 г. записал
«Царство моих идей впереди» (Вернадский, 1990). В своих работах он
всегда старался найти предшественников, мысли которых не нашли в
свое время адекватного отражения. «Корни всякого открытия лежат
далеко в глубине, и, как волны бьются с разбега о берег, много раз плещется человеческая мысль около подготовляемого открытия, пока
придет девятый вал» – писал он в Очерках геохимии (1954).
Только к концу ХХ века коллективное мышление подошло к тому,
о чем ученый говорил еще в его начале.
Наше время. На первый взгляд, время идей Вернадского, наконец,
пришло. Но не все так просто. Пришло признание, но не глубокое понимание. С одной стороны, имя Вернадского присвоено не только различным институтам, фондам, учебным заведениям. В Москве есть проспект
Вернадского, станция метро его имени, в Киеве на бульваре Вернадского стоит его памятник, это имя получила украинская научная станция в
Антарктиде. Имя Вернадский в последнее время все чаще и чаще можно
прочитать в газетах, услышать на радио или в телепередаче.
Но это все внешнее. Глубокого осмысления значения и творческого
развития его идей, и их широкого применения не очень то заметно. Пока
оно имеет эмбриональный характер, не выходит на столбовую дорогу
коллективного мышления (даже в узком научном кругу). Признание заслуг ученого пошло преимущественно по пути поверхностного тиражирования его имени, доходящее порой до мифологизации его личности. В
публикациях, так или иначе связанных с этими вопросами, можно встретить все. Здесь и представления о некоторой физически существующей
«прерывистой оболочке», возникшей 2 млн лет назад (Зубаков, 2001; Ходаковский, 2001) и «новое состояние биосферы», к которому человечество придет через «коэволюцию» (Моисеев, 1989), и понимание ноосферы,
как некоторой «социально-политической утопии коммунизма и прочих,
более ранних, мечтаний о рае» (Кутырев, 1990).
295
Перечисление подобных дискуссий можно продолжать. Все эти
рассуждения не имеют ничего общего с тем пониманием ноосферы как
современной стадии развития биосферы, о чем и писал В.И. Вернадский (Наумов, 2002).
А основная историческая заслуга В.И. Вернадского – не в решении конкретных задач, а в разрабатываемой им методологии. Именно
методология, а не отдельные «научные объяснения», на которых часто
сосредотачивается внимание представителями конкретных дисциплин. Объектом его изучения становятся целостные природные системы, включающие косное, живое, а сейчас и социальное начала нашей
планеты –гомобиокосные системы.
Пожалуй, наиболее глубоко не только поняли методологию Владимира Ивановича, но и после его кончины практически применили в
своих работах, были Борис Леонидович Личков, Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский, Никита Николаевич Моисеев и Кирилл
Павлович Флоренский.
Последний не только подготовил к изданию многие труды своего учителя и написал к ним весьма содержательные предисловия и
комментарии, но и возглавил первую отечественную лабораторию
«сравнительной планетологии», активно участвовавшую во всех космических проектах Советского Союза. К сожалению, в условиях того
времени работы сына «врага народа» отца Павла Флоренского не могли иметь общественного резонанса.
Л.Н. Гумилев, создавая теорию этногенеза, опирался на системный
подход, подчеркивая, что «реально существующим фактором системы
являются не предметы, а связи между ними, хотя они не имеют ни массы, ни веса, ни температуры». Природная «система работает на биохимической энергии, адсорбируя (поглощая) ее из окружающей среды
и выдавая излишек в виде работы (в физическом смысле)» (Гумилёв,
1993). По существу вся теория этногенеза построена в той же логике,
что и ноосферная концепция Вернадского, но на базе глубокого синтеза не только естественнонаучного, но и гуманитарного знания.
Пожалуй, дальше всех пошел Н.Н. Моисеев, сумевший разработать подходы к построению моделей функционирования биосферы.
Методологические подходы к решению этой задачи, по его собственному признанию, формировались благодаря общению с радиобиологом и
генетиком Н.В. Тимофеевым-Ресовским и знакомству, по его рекомендации, с учением В.И. Вернадского. Для решения этих проблем в ВЦ
АН СССР были созданы две лаборатории, которые смогли на техническом уровне БСЭМ-6 приступить к решению системных моделей.
В 1983 г. на научной конференции, посвященной проблемам оценки
296
возможных последствий ядерной войны, был представлен доклад коллектива ВЦ АН СССР «Ядерная зима». Это была часть общего разрабатывавшегося под руководством Н.Н. Моисеева проекта модели биосферы. В нем атмосферные процессы были состыкованы с процессами,
идущими в резервуаре «океан». Объединение в одну систему атмосферы
и гидросферы на принципе геохимических циклов дало существенные
преимущества данному проекту по сравнению с другими, выполненными на более мощной технике, но ограниченные атмосферными процессами. Эти материалы получили международное признание и послужили
серьезным фактором для запрещения ядерных испытаний в атмосфере.
К сожалению, в 90-х годах эти работы были свернуты. Н.Н. Моисеев оказался не у дел. Свое видение проблем биосферы и ее переходу
в ноосферную стадию он изложил в ряде книг, последняя из которых
вышла уже после его смерти (Моисеев, 2001).
Пути к ноосферному мышлению. С естественнонаучной точки
зрения, в масштабе геологического времени мы давно живем в ноосфере, точнее в ноосферной стадии развития биосферы. В масштабе социального времени мы еще только входим в ноосферный этап. Отсюда и
те разночтения, о которых говорилось выше. Общественное мышление
пока отстает от того технического развития, которого достигла мировая
цивилизация, и тех воздействий на природу, которое оно уже оказывает.
Интересы, цели и механизмы отдельных элементов общественной
системы, в том числе и ее управляющих подсистем, далеко не всегда
совпадают с интересами самой системы в целом. В теории управления
цель задается извне. В научном исследовании и общественном развитии надо суметь ее услышать и понять. Но этого мало. Ощущение необходимости основной цели должно находить общественное единодушие. Единодушие не по принуждению, а по убеждению.
Все это требует глубокого и всестороннего преобразования научного
и общественного мышления. Процесс длительный, постепенный и мучительный. «Многие научные истины,– писал Вернадский (1997а) – входящие в состав современного научного мировоззрения, или их зародыши
проповедовались в прежние века отдельными исследователями, которые
находились в конфликте с современным им научным мировоззрением».
Путь к ноосферной парадигме лежит через просвещение и образование. В них «мы видим форму организации производительную, дающую
не только охрану культуры и национального существования, но творящую эту культуру, кующую национальную силу… Учащийся народ – основа широкого и мирного развития человечества» (Вернадский, 1913).
Под учащимся народом В.И. Вернадский понимал весь комплекс
усвоения индивидом, «человеческой личностью» от раннего детства до
297
конца существования. В детстве у ребенка формируются ощущения
связи с природой. В период обучения он познает основные законы
природы, понятые человечеством. Весь остальной период он пополняет свои знания и оценивает свое место в системе цивилизации.
Весь этот комплекс позволяет ему приобщиться к мировой культуре, понять, «что он житель планеты и не может–должен–мыслить и действовать в новом аспекте, не только в аспекте личности, семьи, или рода,
государства или союзов, но в планетном аспекте» (Вернадский, 1997б).
Культура любого общества всегда складывается из культуры его членов,
культуры в широком понимании этого слова, включающего в себя культуру быта, социальных отношений, земледелия, техники, в конечном счете, культуру личности. «Я глубоко убежден – писал Вернадский своей
жене Наталье Егоровне – и все более убеждаюсь, что есть единственная
возможность сделать культуру прочною – это возвысить массы, сделать
для них культуру необходимою» (Вернадский, 1994).
Процесс смены парадигм фактически уже начался, но находится
в зачаточном состоянии. Мышление всегда консервативно, тем более
общественное. В настоящее время его развитие отстает от развития
технического, которое является стимулом современного развития цивилизации. Это несоответствие порождает те кризисные состояния,
которые мы ощущаем. Ускорение процесса смены парадигм зависит от
активности всех звеньев образования и просвещения.
Система ноосферного образования на всех этапах от воспитания в
раннем детстве, до полной открытости путей к просвещению в зрелом
возрасте, должна сыграть одну из главных ролей в развитии цивилизации. Только таким путем возможно глубокое осознание основного
вывода концепции ноосферы: будущее человечества, как части единой системы биосферы, зависит от того, когда оно поймет свою связь
с Природой (Богом, Высшим Разумом, Мировой информацией и т.п.) и
примет на себя ответственность не только за развитие общества (к
чему стремились все утописты), но биосферы в целом.
Литература
Бугаев И.И. Акад. В.И. Вернадский. Рецензия на книгу «Биосфера» // В.И. Вернадский: pro et contra. СПб., 2000. С.342–346.
Вернадский В. И. Письма И. И. Петрункевичу // Новый мир. 1989. № 12. С. 204–221.
Вернадский В.И. «Царство моих идей впереди...» (Из записей 1931 года) / Публ.
подгот. И.И. Мочалов // Природа. 1990. № 6. С. 89–103.
Вернадский В.И. Биогеохимические очерки, 1922–1932 гг. М.–Л.: Изд-во АН
СССР, 1940. 250 с.
Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера / Сост. В.С. Неаполитанская, А.А. Косору-
298
ков, И.Н. Нестерова. М.: Наука, 1989. 261 с.
Вернадский В.И. Биосфера. Л.: НХТИ, 1926. 146 с.
Вернадский В.И. Биосфера: Избр. тр. по биогеохимии. М.: Мысль, 1967. 376 с.
Вернадский В.И. Задачи высшего образования нашего времени // Вестник просвещения. 1913. ; В.И. Вернадский о науке. Т.2. СПб, 2002. С. 211, 215.
Вернадский В.И. Избранные сочинения. Т.1. М.: Изд-во АН СССР, 1954. С.623.
Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление // О науке. Т.1. Дубна:
Феникс, 1997б. С.322.
Вернадский В.И. О научном мировоззрении // В.И. Вернадский. О науке. Т.1.
Дубна: Феникс, 1997 а. С.53.
Вернадский В.И. Письма Н.Е. Вернадской, 1893–1900. М.: Техносфера, 1994. С.32.
Гумилев Л.Н. Этносфера. М.: Экопрос, 1993. С. 23 и 32.
Деборин А.М. Проблема времени в освещении акад. Вернадского // В.И. Вернадский: pro et contra. СПб., 2000. С. 375.
Зубаков В.А. Биотемпопериодезация истории Земли как инструмент предотвращения тотальной экологической катастрофы // Научное наследие В.И. Вернадского в
контексте глобальных проблем цивилизации. М.: Ноосфера, 2001. С.146–193.
Кутырев В.А. Утопическое и реальное в учении о ноосфере // Природа.1990. № 11. С. 6.
Лавлок, Дж. Предыстория Геи // Вестник РАН. 1993. Т. 63, № 12. С.1134–1135.
Моисеев Н.Н. Как приблизиться к ноосфере // Химия и жизнь. 1989. №№ 6–8.
Моисеев Н.Н. Универсум. Информация. Общество. М.: Устойчивый мир, 2001. 200 с.
Наумов Г.Б. О понятии «Ноосфера» // Науковедение. 2002. №3. С. 86–96.
Новогрудский Д.М. Геохимия и витализм // В.И. Вернадский: pro et contra.СПб.,
2000. С.360–367.
Ферсман А.Е. Успехи минералогии и геохимии за 25 лет Советской власти //
Избр. тр. Т. V. М.: Изд-во АН СССР, 1959. С.836–850.
Ходаковский И.Л. Нообиосфера – современное состояние биосферы // Научное
наследие В.И. Вернадского в контексте глобальных проблем цивилизации. М.: Ноосфера, 2001. С. 50–66.
Grenier E. Vladimir Vernadsky, De la biosphère a la noosphère. Fusion. 2000. № 89.
Lindon H. LaRouche. The Economiccs of the Noosphere. EIR News Service, Inc,
Washington, D.C.,2001. 329 pр.
Vernadsky V. La Biosfera. Como, Italia: Red. Edizioni, 1993. 128 pp.
Vernadsky V. La Biosfera.Madrid: Fundacion Argentaria Visor Dis., 1997. 218 pp. (“Textos
Basicos”). Indice: La biosfera. P. 43–202; Vernadsky La biosfera y la noosfera. P.203–212. La
Biosphère. Paris, New York: Diderot Editeur. 1997. 284 pp. (“Latitudes”). Table des matières: La
biospère. P.47–250; L’èvolution des cspèces et matiere vivante. P. 251–278.
Vernadsky Vladimir I. The Biosphere / Forward by Linn Margulis and colleagues;
introduction by Jacques Grinevald; translated by David B. Langmuir; revised and annotation
by Mark A.S. Mc Menamin. New York: Copernicus, 1998. 192 pp.
299
РАЗВИТИЕ ИДЕЙ А.Н. ТЮРЮКАНОВА В ОБЛАСТИ
ВОСПРОИЗВОДСТВА ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ ОПОЛИЙ
ЦЕНТРАЛЬНОЙ РОССИИ
В.И. Никитишен, д.б.н., профессор
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
Благополучие человечества на Земле тесно связано с почвенным
плодородием, забота о котором во все времена была и остается одной
из насущных проблем земледельца. Незыблемость этого основополагающего условия жизнеобеспечения на нашей планете хорошо понимали еще мыслители Древнего Мира, высказавшие первые научные
взгляды о плодородии почвы и его значении для растительного мира.
Учение Аристотеля о четырех стихиях, необходимых растениям
(воздух, вода, земля и огонь), суждение Феофаста о почве, как нечто
особом и важном, которой присущи профильное строение и изменчивость в пространстве, понимание Катоном значимости органических удобрений и компостов для повышения почвенного плодородия,
обоснование необходимости научного осмысления практических
приемов земледелия и применения их с учетом особенностей климата и почв, предлагаемое Варроном, сформулировали вполне аргументированные для того времени представления о почве, как носителе
плодородия. Поучительны в этом отношении слова выдающегося
представителя античной агрономии римского писателя Колумеллы
(I век н.э.), автора 12 книг «О сельском хозяйстве», весьма образно
предвосхитившего современные подходы к воспроизводству почвенного плодородия: «земля, это не устарелая женщина, а дева, всегда
юная, красивая, свежая, младая, способная во все времена быть плодородною, если только лелеять ее младость, сохранять, поддерживать
ее нежную игривую жизнь» (цит. по Минееву, 2002).
В России одним из активных пропагандистов идеи о качестве
земель, как решающем факторе успешного ведения крестьянского
хозяйства, был незаслуженно забытый незаурядный ученый-агроном
А.Т. Болотов (1988). В своей работе «Об удобрении земель» (1770),
задолго до Либиха, он сформулировал достаточно верные для того
времени представления о почве, как носителе плодородия, и об удобрениях, без которых получение высоких урожаев невозможно даже
на тучных черноземах. Весьма символично, что к этому убеждению
А.Т. Болотов пришел на основе многолетних наблюдений и полевых
опытов с культурными растениями, проведенных на серых лесных
почвах ополий Центральной России.
300
Спустя около 100 лет А.Н. Энгельгард (1959) убедительно обосновал положение о первостепенной роли удобрений для почвенного плодородия. Он писал, что «если почва бесплодна и истощена, не
содержит веществ для питания растений, то без достаточного удобрения на такой почве хозяйство невозможно. Никакие изменения в
севооборотах, никакие улучшения в машинах и т.п., не пойдут впрок
на почве истощенной, плохо удобренной».
Среди исследователей, внесших существенный вклад в дальнейшее изучение почвенного покрова опольных ландшафтов, неординарностью своего мышления выделяется фигура А.Н. Тюрюканова, сформулировавшего современные представления о генезисе и особенностях
формирования серых лесных почв. Результаты этой работы обстоятельно освещены в фундаментальной монографии А.Н. Тюрюканова
и Т.Л. Быстрицкой «Ополья Центральной России и их почвы» (1971).
По мнению авторов, территории ополий имеют палеопойменное происхождение и приурочены к берегам долин древних рек, занимая
возвышенные участки в Брянской, Калужской, Московской и Владимирской областях. Почвы ополий, отражая особенности происхождения территории, пород и рельефа, представляют собой одновременно
возникшие и сопряженно эволюционирующие самостоятельные типы
почв: занимающие повышения микрорельефа выделены в генетический тип ополец, занимающие понижения – в генетический тип ополица. В общей классификации ополец и ополица входят в переходный
(от гидроморфных к автоморфным) класс почв.
Современный облик почвенного покрова опольных ландшафтов
во многом определяется его сельскохозяйственным использованием
и распаханностью территории. Ополья явились основой формирования агрикультуры древней Руси и до настоящего времени играют роль
ведущих земледельческих районов Нечерноземного Центра. Почвообразовательный процесс в опольных ландшафтах претерпел эволюцию,
изменяясь от исходного палеопойменного влажно-лугового состояния
в сторону преобладания лесостепного, дернового процесса. Островной
характер ополий и, как правило, положительный знак новейших тектонических движений привели к врезанию гидрографической сети и
дренированию верхнего горизонта грунтовых вод. Капиллярный подток влаги в почву из грунтовых вод прекратился, водный режим всё в
большей степени зависел от атмосферного увлажнения. Являясь объектами многовекового земледельческого освоения, преимущественно
экстенсивного типа, почвенный покров опольных ландшафтов постепенно утратил свое плодородие. Слабая гумусированность серых лесных почв, недостаточная обеспеченность их элементами минерального
301
питания, возросшая аридность территории предопределяют ведущую
роль удобрений в общем комплексе мер по воспроизводству утраченного плодородия этих почв и повышению устойчивости посевов сельскохозяйственных культур к дефициту влаги.
Идеи А.Н. Тюрюканова (1972) о своеобразии почвенного покрова
ополий, явились для нас отправными при проведении агрохимических исследований в стационарных полевых опытах на серых лесных
почвах Мещовского ополья (1972–1987 гг.) и ополья юга Подмосковья (1978–2010 гг.). На их основе углублены и развиты представления по ряду актуальных проблем почвенной науки, поднятых в работах А.Н. Тюрюканова и требующих экологически сбалансированного
решения, таких как воспроизводство плодородия почв, круговорот
веществ в агроэкосистемах, оптимизация корневого питания растений, адаптация посевов к засухе и другие (Никитишен, 1984; Никитишен, 2002; Никитишен, 2003; Никитишен, Курганова, 2007).
Наиболее существенный вклад внесен в изучение круговорота азота, определяющего уровень продуктивности земледелия в опольных агроландшафтах и вместе с тем представляющего наибольшую опасность
загрязнения природной среды его минеральными соединениями в случае несбалансированного применения азотных удобрений (Никитишен,
1984). Установлено, что при систематическом применении азотного
удобрения в севооборотах на серых лесных среднесуглинистых почвах
ополий миграция нитратов по профилю имеет настолько выраженный
характер и в такой значительной степени определяет условия питания
растений и баланс азота, что, ограничиваясь данными о взаимодействии
их с почвой и корневыми системами в пределах только пахотного слоя
почвы, нельзя получить исчерпывающей информации о складывающемся круговороте этого элемента в агроэкосистемах. Исследования, проведенные в данном направлении, позволили обнаружить новое явление и
вскрыть механизм формирования глубокопочвенного нитратного максимума, обусловленного подтягиванием вымывшихся на глубину до 3-х
метров нитратов к фронту промерзания почвы, и с этих позиций обосновать несостоятельность широко распространенного, и как оказалось,
ошибочного мнения о слабом последействии азотных удобрений. Базировавшееся преимущественно на результатах вегетационных и лизиметрических опытов, которые в силу известных методических ограничений
не могут воспроизвести действительную картину поведения азота в природных условиях, оно не в полной мере отражало реальную доступность
растениям остаточных нитратов в почве. Было доказано, что благодаря
передвижению нитратов в корнеобитаемый слой из нижележащих горизонтов почвы при глубоком (до 1,5 м) ее промерзании зерновыми куль302
Рис.1. Использование азота в прямом действии и последействии Nудобрения:
1 – усвоено посевами в прямом действии N за 5 лет; 2 – усвоено
зерновыми в последействии N за 3 года; 3 – усвоено многолетними
злаковыми травами в последействии N за 3 года
турами усваивается в последействии такое же количество нитратов, как
и из свежевнесенного азотного удобрения. Особенно высокой степенью
использования остаточных нитратов отличаются многолетние злаковые
травы, способные благодаря глубокопроникающей корневой системе
потреблять эти соединения азота из двухметровой толщи почвы (рис. 1).
При трехлетнем выращивании трав в биологический круговорот вовлекается до 80 % вымывшихся ранее нитратов, что позволяет
обеспечить участие их в интенсификации продукционного процесса
растений и тем самым свести к минимуму опасность загрязнения природных вод азотными соединениями.
На основе полученных данных развито представление о том, что
обеспечение уровня азотного питания растений, сбалансированного
с потреблением фосфора и других элементов, создавая благоприятные условия для продуктивного использования внесенного азота в
процессах формирования урожая, является определяющим фактором оптимизации азотного режима почв в агроэкосистемах (Никитишен, Личко, 2008). В противном случае накапливающийся в почве
избыток минеральных соединений азота, главным образом нитратов, подвергаясь вымыванию и денитрификации, становится одной
из основных причин потерь азота. Несбалансированное применение
азотного удобрения, не сопровождающееся существенным ростом
продуктивности культур севооборотов, неизбежно превращается из
303
высокоэффективного средства положительного воздействия на плодородие почвы и урожай в фактор, оказывающий сильное негативное
влияние на уравновешенность почвенных процессов азотного цикла,
что создает угрозу истощения азотного фонда почвы (табл. 1).
Важное значение для разработки эколого-агрохимических основ
устойчивого функционирования агроэкосистем имеют результаты
исследований в области фосфорного питания растений и применения фосфорных удобрений (Никитишен и др., 2008). На примере
Таблица 1. Эффективность возрастающих доз азотного удобрения и баланс азота в агроэкосистемах (по разнице с фоном Р80К120)
Составляющие баланса
Структура баланса, кг/га
N1
N2
N3
9-польный севооборот с клевером (1-я ротация, дефицит фосфора)
Внесено в почву
390
780
1170
Усвоено растениями
122
207
227
Остаточный N-NO3 в почве (0–200 см)
60
177
283
Закрепление в почве в органической форме
176
273
328
Баланс в толще почвы 0–100 см
-52
-201
-462
Прибавка урожая от азота, ц/га з.е. в год
4,4
5,9
3,0
9-польный севооборот с клевером (2-я ротация, оптимум фосфора)
Внесено в почву
330
660
990
Усвоено растениями
263
512
580
0
95
167
Закрепление в почве в органической форме
126
144
212
Баланс в толще почвы 0–100 см
59
38
-118
Прибавка урожая от азота, ц/га з.е. в год
8,7
12,3
12,3
Остаточный N-NO3 в почве (0–200 см)
9-польный севооборот с многолетними злаковыми травами
(оптимум фосфора)
Внесено в почву
540
1080
1620
Усвоено растениями
356
666
866
Содержание в корнях многолетних трав
52
94
147
Остаточный N-NO3 в почве (0–300 см)
9
35
123
Закрепление в почве в органической форме
168
260
377
Баланс в толще почвы 0–100 см
37
-49
-213
Прибавка урожая от азота, ц/га з.е. в год
7,7
14,5
17,5
304
отдельных культур, а также севооборотов в целом установлено, что
дефицит фосфора, характерный для плодородия серых лесных почв
ополий, сильно ограничивает эффективность азотного удобрения,
в должной мере проявляющуюся лишь при доведении фосфатного
уровня корнеобитаемого слоя до оптимальных параметров. Исходя из
этой взаимосвязи, разработаны диагностические показатели сбалансированности питания растений азотом и фосфором, в соответствии
с которыми определен эффективный и экологически допустимый
уровень внесения азотного удобрения, изменяющийся в достаточно
широких пределах (на порядок) в зависимости от обеспеченности
почвы подвижными фосфатами.
Установлено также, что в процессе трансформации фосфорных
удобрений в серой лесной почве образуются фосфаты, длительное время сохраняющие высокую доступность растениям. Это обусловливает не только их положительное прямое действие на корневое питание
культур севооборота, усиливающееся по мере повышения фосфатного
уровня почвы и обеспеченности азотом, но и продолжительное последействие (до 10 лет), в результате чего суммарное использование
посевами фосфора может достигать 90 % внесенного с удобрением
(Никитишен, Личко, 2008). Полученные данные свидетельствуют
о неправомерности бытовавшего до недавних пор представления о
крайне низком коэффициенте использования растениями фосфора из
удобрения по причине недооценки его последействия (табл. 2).
Следует отметить выявленную в полевых опытах способность
Таблица 2. Использование фосфора культурами севооборота в прямом
действии и последействии фосфорного удобрения
Внесено с удобрением, кг/га
Использование фосфора посевами за счет удобрения
Р2О5, в
сумме
за 5
лет
N, в
сумме
за 9
лет.
240
540
49
10
20
94
1080
54
11
23
540
62
12
1080
70
14
480
в прямом действии
за 5 лет
всев
го,
средкг/га нем
за
год,
кг/га
в%
внесенного
в последействии
за 10 лет
всев
го,
средкг/га нем
за
год,
кг/га
всего за
15 лет
в%
внесенного
кг/га
в%
внесенного
9
39
143
59
159
16
66
213
89
13
111
11
23
175
36
15
170
17
35
240
50
305
культуры клевера полностью удовлетворять свою потребность в фосфоре, не реагируя на фосфорное удобрение, при выращивании на
почвах с крайне низким содержанием подвижных фосфатов в пахотном слое благодаря активному усвоению этого элемента питания из
нижележащих горизонтов. Показано, что за счет обогащения корнеобитаемого слоя фосфором, содержащимся в корневых и пожнивных
остатках клевера, обеспечивается усиление уровня фосфорного питания и рост продуктивности трех последующих культур севооборота (озимой пшеницы, кукурузы, ячменя), соизмеримое с действием
фосфорного удобрения (табл. 3).
Эта особенность фосфорного питания клевера предопределяет
первостепенное его значение при обосновании структуры севооборотов на пахотных землях с низким уровнем плодородия не только в
отношении азота, но и фосфора.
Исследования, проведенные в многолетних полевых опытах при
контрастных условиях увлажнения, позволили выяснить причину неустойчивой эффективности калийных удобрений в посевах зерновых
культур, выращиваемых в условиях ополий. Было установлено, что, это
связано с вымыванием до 60 % калия из растительных тканей в репродуктивный период вегетации злаковых атмосферными осадками, большая
Таблица 3. Фосфатмобилизующая и азотфиксирующая способность
клевера (Никитишен, Личко, 2007)
Вариант опыта
Среднегодовое потребление
N и Р2О5 тремя культурами,
кг/га*
после
клевера
после
викоовсяной
смеси
Р40K60
N60P40K60
N120P40K60
N180P40K60
57/27
85/37
99/38
113/38
51/22
80/30
96/30
99/29
P80K60
N60P80K60
N120P80K60
N180P80K60
58/29
87/40
108/43
125/43
51/23
80/32
99/33
106/32
разность
Среднегодовая продуктивность трех культур,
ц/га з. е.
после
клевера
после
викоовсяной
смеси
разность
37,3
48,1
49,7
51,8
30,1
41,2
42,1
41,3
+7,2
+6,9
+7,6
+10,5
37,5
49,4
53,3
54,3
30,8
41,4
43,7
41,4
+6,7
+8,0
+9,6
+12,9
Фон – Р40К60
+6/+5
+5/+7
+3/+8
+14/+9
Фон – Р80К60
+7/+6
+7/+8
+9/+10
+19/+11
*– в числителе потребление азота, в знаменателе – фосфора
306
часть которых очень часто (в 50 % лет) в виде сильных ливней выпадает
в этом регионе во второй половине лета. Потери растениями значительного количества калия после фазы цветения исключают возможность
проявления положительного его действия на отток ассимилятов в формирующееся зерно и тем самым заметно ограничивают эффективность
калийного удобрения (Никитишен, Личко, 2007). Чем интенсивнее выпадают осадки во время созревания пшеницы, тем выше потери калия
посевами вследствие вымывания и слабее действие удобрения (табл. 4).
Высокий уровень продуктивности агроэкосистем, обеспечиваемый благодаря сбалансированному внесению азотного, фосфорного
и калийного удобрений, за счет которых растениями усваивается такое же количество этих элементов питания, как и вследствие мобилизации ресурсов почвенного плодородия, обостряет дефицит серы
и микроэлементов. Установлено, что при выращивании ячменя в полевых условиях и кукурузы в вегетационных опытах на серой лесной
почве ополья, длительное время удобряемой минеральными туками
и практически не содержащей подвижной серы, эти культуры испытывают потребность в серосодержащем удобрении. Определяющим
условием достижения высокой эффективности серосодержащего
удобрения является обеспечение оптимальной сбалансированности
серного питания растений с потреблением ими фосфора и азота.
Как показали исследования, проведенные в вегетационных опытах, дефицит цинка в этих условиях также является существенным
фактором, ограничивающим эффективность азотного удобрения при
выращивании кукурузы. Усиление уровня цинкового питания этой
культуры путем проращивания семян в 0,005 % растворе сернокислоТаблица 4. Потери калия из растений вследствие вымывания
атмосферными осадками и эффективность калийного удобрения
в посевах озимой пшеницы
Осадки,
после
фазы
цветения, мм
Количество
ливней
Интенсив
ность
ливней,
мм/сут
Потери
К2О из
растений,
кг/га
215
5
21–67
177
5
20–44
145
3
122
150
Масса 1000 зерен, г
Прибавка
урожая
зерна от
калия,
ц/га
в варианте NP
в варианте
NPK
79
39,0
38,8
0
52
44,0
45,2
1,3
24–27
38
39,7
41,3
2,3
2
19–21
10
39,6
43,2
5,9
1
30
0
37,6
44,2
9,0
307
го цинка оказывает положительное влияние на потребление растениями азота, фосфора, калия, Zn, Mn и Mo, обеспечивая повышение продуктивности сухой надземной биомассы в пределах, соизмеримых с
действием азотного удобрения. Проращивание семян кукурузы в
0,005 % растворах MnSO4, CuSO4, (NH4)6Mo7O24 и CoCl2 не вызывает
достоверного роста урожая растений, способствуя лишь изменению
их микроэлементного состава.
Значимыми для практики земледелия в условиях ополий являются результаты исследований, развивающие представление о роли удобрений в усилении устойчивости зерновых злаков к неблагоприятному
воздействию засухи. Установлено, что обеспечение оптимального уровня
корневого питания этих культур дает возможность формировать посевы,
обладающие повышенной способностью к использованию труднодоступных форм влаги из всей корнеобитаемой толщи почвы и образующие
плотность стеблестоя, при которой существенно снижается доля потерь
влаги на испарение с поверхности почвы в суммарном водопотреблении
агроценозами. Благодаря этому удобренные посевы озимой пшеницы,
потребляя такое же количество влаги на эвапотранспирацию, как и неудобренные посевы, используют ее вдвое продуктивнее и с меньшим
ущербом для урожая противостоят засухе (Никитишен и др., 2008).
Как показали исследования, проведенные в вегетационных и полевых опытах, на каждый миллиметр влаги, используемой растениями
на транспирацию в условиях умеренного и сильного ее дефицита, посевами озимой пшеницы с оптимальным уровнем минерального питания
непродуктивно расходуется на испарение с поверхности почвы 2,1–
2,7 мм. В посевах, испытывающих недостаток питательных веществ,
доля таких потерь в полтора раза выше и составляет 3,1–4,2 мм. Аналогичные данные получены И.С. Шатиловым и др. (2004) в полевых
опытах на дерново-подзолистых почвах, установившими, что десукция
влаги посевами зерновых культур при низком почвенном плодородии
составляет 19–23 %, при высоком плодородии – 32–45 % суммарного
водопотребления за вегетационный период.
Литература
Болотов А.Т. Избранные труды. М.: Агропромиздат, 1988. 414 с.
Минеев В.Г. История и состояние агрохимии на рубеже ХХI в. М.: Изд-во МГУ,
2002. 615 с.
Никитишен В.И. , Личко В.И. Поведение калия в системе почва–растение при различных условиях водного режима // Агрохимия. 2007. № 1. С. 17–24.
Никитишен В.И. Агрохимические основы эффективного применения удобрений
в интенсивном земледелии. М.: Наука, 1984. 214 с.
308
Никитишен В.И. Плодородие почвы и устойчивость функционирования агроэкосистемы. М.: Наука, 2002. 258 с.
Никитишен В.И. Эколого-агрохимические основы сбалансированного применения удобрений в адаптивном земледелии. М.: Наука, 2003. 183 с.
Никитишен В.И., Курганова Е.В. Плодородие и удобрение серых лесных почв
ополий Центральной России. М.: Наука, 2007. 367 с.
Никитишен В.И., Личко В.И. Баланс азота в агроэкосистемах на серых лесных
почвах при длительном внесении удобрений // Почвоведение. 2008. № 4. С. 481–493.
Никитишен В.И., Личко В.И. Влияние уровня азотного питания на потребление
серы растениями ячменя // Агрохимия. 2010. № 8. С. 10–14.
Никитишен В.И., Личко В.И. Эффективность и продолжительность последействия фосфорного удобрения в агроэкосистемах на серых лесных почвах ополья //
Проблемы агрохимии и агроэкологии. 2008. № 4. С. 14–19.
Никитишен В.И., Личко В.И., Амелин А.А. Продуктивное потребление влаги озимой пшеницей при оптимизации минерального питания посева // Агрохимия. 2008.
№ 4. С. 20–30.
Никитишен В.И., Личко В.И., Курганова Е.В. Фосфор в агроэкосистемах на серых
лесных почвах ополий Центральной России // Почвоведение. 2008. № 8. С. 983–996.
Никитишен В.И., Личко В.И.. Фосфатмобилизующая способность клевера при
использовании почвенных фосфатов культурами севооборота // Плодородие. 2007. №
6. С. 2–4.
Тюрюканов А.Н. Почвы ополий Центральной России: Автореф.докт. дисс. Казань,
1972. 70 с.
Тюрюканов А.Н., Быстрицкая Т.Л. Ополья Центральной России и их почвы. М.:
Наука, 1971. 239 с.
Шатилов И.С., Замараев А.Г. и др. Энергомассообмен в звене полевого севооборота. Часть 1. М.: Агроконсалт, 2004. 366 с.
Энгельгард А.Н. Избранные сочинения. М.: Госсельхозиздат, 1959. С. 419–562.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЗДНЕГОЛОЦЕНОВОЙ
ЭВОЛЮЦИИ ЧЕРНОЗЕМОВ ПРИАЗОВЬЯ
Л.С. Песочина, к.б.н., с.н.с.
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
Одним из важных аспектов биосферного естествознания и природопользования является изучение закономерностей и направления современной эволюции почв (Тюрюканов, 1990, 2001). Длительное время
при изучении эволюции почв использовались сравнительно-географический метод и метод генетического анализа почвенного профиля, что
позволяло создавать лишь гипотетические дедуктивные схемы эво309
люции почв, фиксирующие возможность прохождения почв в своем
развитии каких-либо стадий почвообразования. Значительным шагом
вперед было развитие (особенно активное в последние десятилетия)
весьма информативного и перспективного палеопочвенного метода. С
его помощью получены принципиально новые данные, существенно
изменяющие и дополняющие представления об эволюции почв и условий почвообразования в голоцене. Изучение палеопочв, погребенных
под разновозрастными курганами, позволили наиболее полно решить
проблему генезиса и эволюции почв ряда регионов и прежде всего
степной зоны. Вместе с тем, еще существуют географические «белые
пятна» в познании закономерностей степного почвообразования. К
таким территориям относится и Приазовье. Актуальность проведения
таких работ определяется также своеобразием почв, сформированных
в этом регионе, генезис и классификационная принадлежность которых до сих пор вызывает дискуссии (Прасолов, 1978).
Цель данной работы заключалась в выявлении направленности и
этапов педогенеза, скорости, масштабов изменчивости основных профилеобразующих процессов в почвах Приазовья второй половины голоцена на основе палеопочвенного изучения археологических памятников эпох бронзы, раннего железа и средневековья.
Объекты и методы. Исследования проведены в Неклиновском и
Мясниковском районах Ростовской области на территории Приазовской равнины. Климат района засушливый, сумма осадков за год составляет 450–480 мм. Абсолютные высоты варьируют от 15 до 75 м.
Почвообразующими породами являются лессовидные суглинки.
Объектами изучения послужили палеопочвы курганов бронзового (XX–XVII вв. до н.э.) и среднесарматского (I в. н.э.) времени, скифского некрополя (IV в.до н.э. ) и Семеновского вала, сооруженного в
XVII в.н.э. и перекрывшего почвы под культурными слоями VIII и XII
вв.н.э. Исследованные почвы развивались в близких литолого-геоморфологических условиях, что позволило объединить их в единый педохроноряд, включивший следующие временные срезы: 4000 (3700),
2400, 2000, 1900, 1200 лет назад и современность.
Проведен анализ морфолого-химических свойств погребенных и
современных фоновых почв: содержания и состава гумуса, водорастворимых солей, обменных катионов, карбонатов, гипса, гранулометрического состава. Установление классификационной принадлежности
почв осуществлялось согласно (Классификация…, 1977).
Результаты и обсуждение. Для степных почв основными профилеобразующими процессами являются процессы, формирующие гумусовый, карбонатный, солевой профили, а также солонцовый процесс.
310
Для выявления тренда и этапов эволюции почв Приазовья во второй
половине голоцена рассмотрим основные закономерности их изменчивости в течение последних 40 веков.
Солевой профиль. Палеопочвы исследованного хроноряда отличались сравнительно невысокой степенью засоления. Средневзвешенная
величина плотного остатка не превышала 0,4 % и ее максимальные значения приходились на почвы эпохи бронзы. Аккумуляция легкорастворимых солей (ЛРС), как правило, была приурочена к нижней части почв.
Изменения солевого профиля в пределах 2-х метровой почвенной толщи
в течение последних 40 веков носили циклический характер, периоды
рассоления чередовались засолением. Интервал времени 3700–2400 лет
назад характеризовался выщелачиванием 2-х метрового слоя, приведшем к ее полному рассолению. Запасы ЛРС уменьшились на 50 т/га или
70 %. Скорость их выноса составляла 4 г/м2 в год. В последующие четыре
столетия протекал процесс засоления палеопочвы, особенно интенсивно
ее второго метра. Скорость соленакопления в 4 раза превышала предшествующую ей стадию выщелачивания. В результате почвы уже на рубеже
эр по степени засоления стали близки палеопочвам, развитым на изучаемой территории в XX–XVII вв. до н.э., а запасы даже превысили их на
20 %. С рубежа новой эры вновь получил развитие процесс нисходящей
миграции ЛРС, уже в течение первого столетия приведший почву к рассолению. При этом скорость выноса солей достигала наибольших значений за весь период и составляла 65 г/м2 в год. Однако этот процесс был
прерван новым этапом засоления, в результате которого почвы в VIII в.
н.э. вновь восстановили свои запасы легкорастворимых солей. Последующие 1200 лет сопровождались выщелачиванием почв со скоростью
4–5 г/м2 в год, обусловившим вынос 80 % запасов ЛРС из почвенного
профиля. Таким образом, в течение последних 4 тысяч лет запасы солей
в 2-х метровой толще варьировали в пределах 20–86 т/га. Скорость их
выноса колебалась от 4 до 65 г/м2 в год, поступление ЛРС в почвенную
толщу шло со скоростью 8–16 г/м2 в год. В периоды засоления запасы
солей достигали 72–86 т/га, вынос солей составлял 70–80 % их запасов в
2-х метровой толще.
Закономерности изменчивости гипсового профиля были идентичными динамики солевого профиля. Количество гипса в 2-х метровой толще было сравнительно небольшим и, как правило, колебалось в
пределах 0,01–0,4 %. Максимальное его содержание зафиксировано в
палеопочвах на рубеже эр. В течение 4 тыс. лет гипсовые аккумуляции
характеризовались значительной динамикой. Глубины расположения
верхней границы их аккумулятивного горизонта смещались от 170 до
300 см. Вынос гипса за пределы двухметровой почвенно-грунтовой
311
толщи имел место в те же хроноинтервалы, что и для легкорастворимых солей.
Солонцовый профиль. Диагностика степени развития признаков солонцеватости проводилась с помощью морфологических и химико-аналитических методов. Среди рассмотренных параметров были: количество
обменного натрия, величина рН, распределение илистой фракции в почвенной толще, структура, наличие кутан. В исследуемых почвах зафиксированы признаки высокой динамичности в развитии солонцового процесса. Наиболее изменчиво было содержание обменного натрия в составе
ППК и реакция среды (рН). Максимальное содержание поглощенного
натрия, достигающего 9–13 % отмечено в среднебронзовую эпоху (XX–
XVII вв. до н.э.), на рубеже эр и в VIII в. н.э. В эти же отрезки времени
шло ощелачивание почвенного профиля, рН возрастало до 8,2–8,4, формировалась призмовидно-столбчатая структура, отмечалась потечность
органо-минеральных коллоидов в виде кутан и вертикальных тяжей. В
периоды рассоления почв (IV в. до н.э., конец I в. н.э., современные почвы) актуальная солонцеватость трансформировалась в остаточную или
вовсе исчезала, что сопровождалось преобразованием призматических
отдельностей в мелкоореховатые и комковатые, рассолением профиля.
Проведенные исследования позволили прийти к заключению, что
солонцовый процесс впервые получил развитие на территории Приазовья не позднее начала II тысячелетия до н.э. Почвы региона не менее 3 раз
подвергались процессу осолонцевания за последние 4000 лет, при этом
процесс осолонцевания, как правило, достигал в своем развитии только
первой своей стадии – стадии ощелачивания, следующий же этап – процесс текстурной дифференциации почвенного профиля практически не
успевал развиться. Это приводило к значительному иллювиированию
гумусовых веществ вниз по профилю, о чем свидетельствовало развитие
в почвенном профиле ряда морфологических признаков: вертикальных
гумусовых тяжей, кутан на стенках пор и гранях структурных отдельностей и увеличение запасов гумуса в толще 50–100 см. В то же время имел
место накопительный эффект, который как отмечали А.А. Роде (1947),
М.А. Глазовская и А.Н. Геннадиев (1995) присущ для циклически развивающихся процессов, когда по завершению циклов некоторые остаточные явления, накапливаясь с течением времени, характеризуют поступательный необратимый характер, преобразующий устойчивые свойства
почвенной толщи в определенном направлении. В почвах Приазовья
накопительный характер динамики процессов осолонцевания– рассолонцевания стал заметен с I века н.э. и проявился в некотором перераспределении илистых частиц в профиле почв, которое более четко стало
прослеживаться в современных почвах.
312
Гумусовый профиль. Гумус – важный компонент генетической
диагностики почв. Несмотря на диагенетические преобразования органического вещества палеопочв, большинство показателей гумусного
состояния почв успешно используется при диагностике древних почв
и природных условий, в которых они формировались.
Для характеристики динамики гумусного состояния почв были
изучены следующие параметры: содержание, запасы, вертикальное
распределение гумуса в почвенном профиле, его групповой состав. Закономерности в вековом распределении гумуса в почвенном профиле
рассматривались с учетом как визуально выделяемого гумусового горизонта (А+АВ), соответствующего, как правило, содержанию гумуса
не менее 2 % (Лебедева, 1974, 1983), так и с более низким его содержанием (не ниже 1 %). Это позволило выявить общую тенденцию развития гумусового профиля.
В течение последних 40 веков почвы исследуемой территории не
выходили за пределы ранга среднемощных малогумусированных. Колебания мощности гумусоаккумулятивного горизонта (А+АВ) погребенных почв зафиксированы в пределах 40–53 см, содержание гумуса
в гор. А варьировало от 3,0 до 4,2 %. Скорость роста гумусоаккумулятивной толщи не превышала 3 см/100 лет, варьируя в отдельные периоды от 0,5 до 3 см/100 лет, скорость уменьшения мощности гумусового
горизонта колебалась от 1 до 2 см/100 лет. Мощность толщи с содержанием гумуса более 1 % изменялась следующим образом. В течение II и
I тыс. до н.э. вплоть до рубежа эр она была приурочена к верхнему полуметру. С I века н.э. и до наших дней возрастала: к концу I в. н.э. – увеличилась до 70 см, в средневековье (VIII в.н.э.) – достигала глубины
90 см. В современных фоновых почвах варьирует от 67 до 101 см.
Известно, что масштабы гумусообразования определяются как
условиями гумификации свежих органических остатков, так и условиями закрепления гумусовых веществ в почвенном профиле (Ганжара, 1983). Полученные некоторые характеристики погребенных
почв свидетельствуют о том, что 4000, 2000 и 1200 лет назад сочетание ряда условий, таких как возрастание щелочности среды, увеличение содержания поглощенного натрия, являющегося пептизатором,
снижение доли поглощенного кальция не способствовали образованию и закреплению гумусовых веществ, в то время как IV век до н.э.
и конец I века н.э. были наиболее благоприятными периодами для
гумусообразования. Максимальное накопление гумуса отмечено в
современных почвах и в скифских (IV в.до н.э.): содержание гумуса
в гор. А составляло 4,2 %, запасы его в 1-метровой толще достигали
29–33 кг/м2, в то время как в почвах, погребенных 4 и 2 тыс. лет назад
313
в гор. А аккумулировалось гумуса не более 3,0 %, а в 1-метровой толще запас его не превышал 23 кг/м2.
Формирование различных частей гумусового профиля имело
свою специфику. К рубежу III–II тыс. до н.э. в верхнем полуметре накопилось до 70 % запасов, имеющихся в современных почвах. В последующие 2 тыс. лет доминировала хорошо выраженная цикличность
в их изменчивости: в благоприятные периоды они возрастали на 1/3,
при аридизации сокращались в пределах этих же величин. С конца
I в. н.э. и до VIII в. н.э. отмечалась некоторая стабилизация запасов с
незначительной тенденцией уменьшения. Последние 1200 лет шло их
пополнение со скоростью 0,3 кг/м2 за 100 лет. Нижний полуметровый
слой имел иной характер становления. К рубежу III–II тыс. лет до н.э.
в нем было сформировано не более 40 % запасов гумуса, фиксируемого в современных почвах. В последующие 4 тыс. лет они возросли в
2,5 раза. При этом преобладал поступательный (но неравномерный)
характер их развития: сначала постепенный в течение 2000 лет до нашей эры (запасы выросли с 4,1 кг/м2 до 4,8 кг/м2), затем со значительно большей скоростью в последующие 2000 лет, увеличившись почти
в 2 раза (до 10,6 кг/м2) в современных фоновых почвах. Наиболее интенсивно пополнялись запасы в интервале времени с I по VIII вв.н.э.,
скорость при этом достигала 0,5 кг/м2 за 100 лет. В последние 1200 лет
она уменьшилась в 3–4 раза. В этих же временных рамках (с рубежа
эр) фиксируется значительный рост мощности толщи с содержанием
гумуса более 1 %.
Поскольку рост гумусового профиля вглубь происходил на фоне
развития солонцового процесса, то одним из механизмов формирования нижней части гумусовой толщи была нисходящая миграция пептизированного органического вещества в периоды развития солонцового процесса (об этом свидетельствовало наличие потеков гумусовых
веществ по ходам корней, червей, вертикальным граням структурных
отдельностей) и дальнейшая его биотурбация. Наиболее благоприятными, на наш взгляд, должны были бы быть переходные рубежи при
смене аридных условий плювиальными, когда поступление дополнительной влаги в ощелаченный профиль с пептизированным органическим веществом интенсифицировало вынос лабильных гумусовых
веществ в глубь почвы. Неоднократное развитие процесса осолонцевания должно было препятствовать закреплению гумусовых веществ в
верхних горизонтах почв и в то же время активизировать их иллювиирование в глубь профиля, способствуя формированию специфического
гумусового профиля приазовских черноземов. О возможном древнем
солонцовом генезисе нижней части гумусового профиля кубанских и
314
приазовских черноземов высказывали предположение некоторые исследователи (Лебедева, 1974, 1983).
Карбонатный профиль. Одной из отличительных особенностей
степных почв является их карбонатность. Она обусловлена обычно как
карбонатностью почвообразующей породы (лесс, лессовидные породы
и др.), так и образованием карбонатов в процессе взаимодействия продуктов функционирования корневой системы, микроорганизмов (СО2,
выделяемой при их дыхании) и кальция в почвенной среде. Строение
и положение карбонатного горизонта в профиле черноземов определяется его водно-солевым и газовым режимами, а также миграцией
кальция в системе почва-растение. Важную роль играют сезонные миграции углекислого кальция (Афанасьева, 1974). В процессе почвообразования происходит накопление, профильное перераспределение и
вынос углекислых солей кальция, направленность и скорость которых
определяются различными условиями и факторами, в том числе климатическими изменениями, литологией, дренированностью, уровнем
залегания грунтовых вод. Их сочетание в ту или иную эпоху формирует определенный тип карбонатного профиля, являющегося генетическим показателем состояния почв. К основным его характеристикам
относятся глубина вскипания, формы новообразований, распределение карбонатов по профилю: интервал залегания зоны аккумуляции
и запасы СаСО3.
Все исследованные разновозрастные почвы характеризовались
достаточно высокой карбонатностью. В течение исторического времени наблюдалась динамика содержания и профильного распределения
СаСО3, глубины залегания и мощности аккумулятивного горизонта,
пространственной дифференциации различных форм морфологических новообразований, их количества и размера. Наиболее интенсивно
эти преобразования протекали в верхнем метровом слое. Так, глубина
вскипания за последние 4000 лет перемещалась в пределах 40 см толщи. Верхняя граница горизонта аккумуляции карбонатов испытывала
существенную динамику и варьировала в пределах 40–83 см, максимально снижаясь в современных почвах и наиболее высоко поднимаясь к поверхности в средневековье и на рубеже веков. При этом скорость нисходящей миграции составляла 2–6 см/100 лет, восходящей
– 4–10 см/100 лет. Общая мощность карбонатного горизонта колебалась в пределах 80–110 см. Исследованные почвы характеризовались
присутствием двух форм карбонатных новообразований в почвенной
толще: миграционных – псевдомицелий и сегрегационных – белоглазка. Известно, что псевдомицелий преимущественно образуется в
условиях постоянной подвижности карбонатов в черноземах, лучше
315
увлажняемых, тогда как в черноземах более сухих областей наблюдается скопление углесолей преимущественно в форме белоглазки, или
в форме сплошного пропитывания (Лебедева, 1974; Лебедева, Овечкин, 1975). С бронзового века и до раннего средневековья фиксируется дифференциация их в пространстве: верхняя часть карбонатного
горизонта представлена миграционными формами, нижняя – сегрегационными. В средневековье отмечается совмещение этих форм в
пространстве. Мощность почвенной толщи с аккумулятивными миграционными формами карбонатов варьировала в пределах 20–55 см, с
сегрегационными – от 60 до 110 см.
Запасы карбонатов в 2-х метровой толще за последние 40 веков
менялись незначительно. Их средневзвешенное содержание в этом
слое колебалось в пределах 8,3–9,9 %. Динамика запасов СаСО3 имела
следующую направленность: в интервале времени 4000–2400 лет назад
запасы карбонатов в 2-х метровой толще сократились на 450 т/га, или
на 16 %, а в последующие 400 лет возросли на 300 т/га или на 11 %, а к
концу I в. н.э. достигли первоначального уровня. Последующие 700 лет
вновь характеризовались потерей запасов на 400 т/га, с VIII в. н.э. до
настоящего времени запасы карбонатов практически восстановились
вновь. Минимальное количество запасов карбонатов, фиксированное
с интервалом в полметра в двухметровой толще, для всех хроносрезов в сумме составило около 200 кг/м2, или 70–80 % карбонатных
аккумуляций современных почв. Эту величину, на наш взгляд, можно
рассматривать как наиболее стабильную часть карбонатных запасов,
присутствующую в почвах исследованной территории на протяжении
последних 40 веков. И лишь 1/3 часть карбонатов была динамичной,
активно трансформировалась в почвенной толще. И.В. Иванов (1992)
считает, что общие запасы углекислых солей, остающиеся практически неизменными на протяжении всего голоцена являются пассивной
(реликтовой) составляющей. Активная (современная) составляющая
представлена карбонатами, сегрегированными в пятнах, прожилках,
белоглазке, характер преобразования которых на протяжении голоцена неоднократно изменялся.
Рассмотренные особенности палеопочв, погребенных под разновозрастными курганными насыпями, и литературные данные позволили предложить концептуальную модель педогенеза на территории
Приазовья для хроноинтервала 4000–0 лет назад. С рубежа III–II тыс.
до н.э. по настоящее время в зависимости от направленности, качественных и количественных преобразований выделяются 7 этапов в
формировании современного облика почв Приазовья. Рассмотрим
особенности каждого из этапов.
316
Этап 1. XX–XVII вв. до н.э. Черноземы обыкновенные, сформированные в предшествующий этап, имевшие хорошую комковато-зернистую структуру и реликтовые признаки повышенной увлажненности,
подверглись засолению, степень которого была невысокой и благоприятной для внедрения натрия в ППК и ощелачивания почвенного профиля
(рН достигало 8,4–8,5), активного иллювиирования гумуса по порам, ходам корней и червей, вертикальным граням структурных отдельностей,
развитию призмовидно-столбчатой структуры к концу этого периода.
Карбонаты аккумулировались, в основном, в форме белоглазки, псевдомицелий был слабо выражен. Максимум карбонатов располагался на
глубине около 1 м и его содержание здесь достигало 13,5 %. Верхняя
часть профиля характеризовалась слабым хлоридно-содовым засоление,
с глубины 140 см сменяющимся средним сульфатным. Запасы гумуса в
1-м толще не превышали 22 кг/м2. Климатические условия этого периода
способствовали развитию процессов, в результате которых к концу этого
хроноинтервала черноземы по многим своим показателям стали ближе
к более аридному варианту: чернозему южному, что свидетельствовало о
довольно резкой аридизацией.
Этап 2. 2-я половина II тыс. до н.э.–1-я треть I тыс. до н.э.
Большинство палеогеографических данных свидетельствует, что этот
этап длительностью около 900 лет характеризовался гумидизацией и
некоторым похолоданием. Основными направлениями изменчивости
почв были: вынос солей за пределы почвенной толщи, усиление гумусообразования, преобразование карбонатного профиля. При этом интенсивность изменчивости климатических параметров была различной, что обусловливало и некоторую динамику в развитии почв.
Этап 3. VI–IV вв. до н.э. В течение рассматриваемого периода
протекала однонаправленная нисходящая миграция легкорастворимых солей и гипса, в результате которой их запасы в двухметровой
толще резко снизились. Признаки солонцеватости, характерные для
палеопочв эпохи бронзы, трансформировались в остаточные с сохранением в почвенном профиле реликтовых морфологических черт былого осолонцевания (ореховато-столбчатая структура, вертикальные
потеки гумусовых веществ глубже 1 м, но перераспределения илистых
частиц не фиксировалось), содержание натрия в ППК не превышало 1,5 %, величина рН составляла 7,3–7,8; засоление отсутствовало.
Интенсивно развивался процесс гумусонакопления, формировалась
хорошая комковатая структура. Почвы в конце этого периода характеризовались наибольшим содержанием гумуса и некоторым ростом
мощности гумусового горизонта. Запасы гумуса в метровой толще увеличились в 1,5 раза. В групповом составе отмечалось некоторое умень317
шение гуматности (Сгк/Сфк не превышало 1,1). Заметные преобразования гумусового, солевого, солонцового профилей свидетельствовали
о повышении увлажненности и понижении температур, усилении продуцирования растительных ценозов, а следовательно, увеличении
образования СО2 за счет корневого дыхания. Все это способствовало
увеличению подвижности карбонатов, их растворению, выносу на
большие глубины, активно формировались миграционные формы
карбонатов. В профиле был ярко выражен псевдомицелий, количество белоглазки небольшое, максимум карбонатов опустился на глубину
1,5 м, и содержание его не превышало 10,1 %. В итоге произошедшие
изменения привели к смене подтиповой принадлежности черноземов.
К середине I тыс. до н.э. черноземы южные эволюционировали в черноземы обыкновенные.
Этап 4. III–I вв. до н. э. В течение данного временного интервала изменения карбонатного, солевого, гипсового профилей приобрели направленность, характерную для начала второго тысячелетия до
н.э. (XX–XVII вв. до н.э.). Аридные условия с трендом нарастания засушливости во времени способствовали доминированию восходящих
токов. Подъем легкорастворимых солей обусловил слабое гидрокарбонатно-сульфатное натриевое засоление во втором полуметре почвенной толщи, плотный остаток превысил 0,3 %. С глубины полутора
метров шло более интенсивное сульфатно-кальциевое засоление, в
пределах двухметровой толщи появился гипсовый горизонт. Развитие
солонцового процесса сопровождалось поступлением натрия в ППК,
ощелачиванием, формированием призмовидной структуры, потечностью гумусовых веществ на большую глубину. Переорганизация карбонатного горизонта сопровождалась дифференциацией горизонта с сегрегационными формами новообразований. Мощность карбонатного
горизонта уменьшилась и стала сравнима с палепочвами XX в. до н.э.,
сверху располагался слабо выраженный псевдомицелий, ниже – хорошо сформированная белоглазка, но в бронзовую эпоху карбонатный
сегрегационный горизонт белоглазки не был дифференцирован по
размеру белоглазки, а на рубеже эр сформировались два подгоризонта, свидетельствовавшие об изменчивости увлажненности, по крайней
мере, наложении двух этапов карбонатизации: расположенный в нижней части горизонта с крупными формами, сформированными в более
влажных условиях (вероятно, в IV в. до н.э.) и верхний подгоризонт
с мелкой белоглазкой, образованной при аридизации (актуальной для
этого хроносреза). О сложном характере формирования карбонатного
профиля свидетельствовало и формирование двух аккумулятивных
максимумов: на глубине около 1 и 2 м. Нижний, вероятно, являлся ре318
ликтом предыдущего этапа развития почв, а верхний – продукт почвообразования современного для данного интервала. Процесс гумусонакопления характеризовался ослаблением, минерализацией менее
устойчивой части органического вещества, накопленной в предыдущий период, возрастанием доли гуминовых кислот. В результате формировался малогумусированный профиль с заметным уплотнением и
ореховато-призмовидной оструктуриванностью гор. В, наличием легкорастворимых солей и гипса в пределах двухметровой толщи.
Развитие всего комплекса процессов привело вновь к смене подтипа чернозема. Аридизация климата способствовала формированию
более ксероморфной группы чернозема (южного чернозема).
Этап 5. I–IV вв. н.э. Основной тенденцией развития почв в этот
хроноинтервал было выщелачивание почвенного профиля, причем
особенно активно уже в течение первого столетия, что свидетельствовало о довольно резких изменениях природных условий при переходе
от предыдущего этапа (на рубеже эр). Это привело к снижению глубин
залегания аккумулятивных горизонтов, уменьшению содержания легкорастворимых солей и гипса в двухметровой толще, трансформации
карбонатного профиля. Понизилась глубина вскипания, произошло
перераспределение карбонатов в верхнем метровом слое: вынос их из
верхнего полуметра в нижний, увеличилась мощность карбонатного
горизонта, главным образом, вследствие изменения глубины залегания нижней границы аккумуляций СаСО3, уменьшилось количество
мелкой белоглазки, увеличилась доля прожилочных карбонатных
аккумуляций в верхней части карбонатного профиля. Развитие процесса выщелачивания почв зафиксировано и по другим параметрам:
уменьшилось содержание легкорастворимых солей и гипса, понизилась глубина аккумуляции последнего. Отмеченные преобразования
солевого, гипсового, карбонатного профилей сопровождались стиранием как морфологических, так и химических признаков солонцового процесса: уменьшилась доля поглощенного натрия в составе ППК,
призмовидно-ореховая структура гор. В1 трансформировалась в комковато-мелкоореховатую. Шло активное гумусонакопление, увеличивалась мощность гумусоаккумулятивного горизонта. Формировались
черноземы обыкновенные.
Этап 6. V–X (VIII–X) вв. н.э. В этом хроноинтервале произошла
очередная перестройка почвенного профиля. Почвы характеризовались
некоторым снижением содержания гумуса, возрастанием его гуматности
и уменьшением мощности горизонтов А и АВ, на фоне значительного
иллювиирования гумусовых веществ в нижние горизонты. Уменьшилась
глубина промачивания почв, доминирующими стали восходящие токи
319
влаги. Вновь появились в почвенной толще легкорастворимые соли,
гипс, возросло средневзвешенное содержание карбонатов, произошло
совмещение в почвенной толще различных форм карбонатных аккумуляций. Формировались морфологические и химические солонцовые
признаки. Развитие вторичных процессов засоления и осолонцевания
почвенной толщи является показателем развития вновь процессов аридизации климата в этот период. В ходе развития почв в течение этого этапа произошло ослабление гумусонакопления, осолонцевание, формирование призмовидно-столбчатой структуры и смены подтипа чернозема,
появлении южных черноземов.
Этап 7. XII в. н.э.–современность. Основной тренд развития
природных условий этого этапа характеризовался гумидизацией и
похолоданием. На общем фоне выделялись периоды оптимизации
климатических условий в XII–XIV вв. н.э. (средневековой оптимум)
и значительного похолодания – XVII–XIX вв. н.э. (малый ледниковый период). Доминирующими почвенными процессами были выщелачивание и гумусообразование. Итогом всего наблюдаемого периода
исследований было формирование современных фоновых почв, диагностируемых как чернозем обыкновенный карбонатный, по своим
параметрам соответствующий представлениям о североприазовских
черноземах. Он характеризуется невысоким содержанием гумуса (3–
4 %), увеличением мощности гумусового горизонта до 90–100 см, присутствием двух форм карбонатных новообразований. Аккумуляция
псевдомицелия, как правило, начинается сразу под горизонтом АВ,
белоглазка залегает глубже 1 м. Легкорастворимые соли и гипс выщелочены за пределы 2-х метровой толщи. В почвенном профиле обычно
присутствуют реликтовые признаки осолонцевания: призмовидность
структуры, небольшая текстурная дифференциация, ощелачивание
профиля (рН достигает 8,5), вертикальные затеки гумусовых веществ.
Выявленные закономерности изменчивости почв на протяжении последних 4000 лет позволяют прийти к выводу, что большинство свойств
современной фоновой почвы является продуктом совместного действия как современного, так и прошлых этапов развития. Лишь выщелачивание легкорастворимых солей и гипса за пределы 2-х метровой
толщи, по-видимому, можно рассматривать как проявление современного гидрологического режима.
Заключение. Таким образом, в течение второй половины суббореального и субатлантического периодов голоцена в пределах исследуемой территории почвообразовательный процесс характеризовался
цикличностью, а эволюционные преобразования почв происходили на
уровне подтипа и в зависимости от масштабов динамики природной
320
среды занимали промежуток времени от 100–300 до 900–1000 лет. Поскольку изменения не выходили за пределы типа почвообразования, а
черноземы формировались благодаря суммарному эффекту циклически развивавшихся процессов (засоление–осолонцевание) и поступательного (накапливавшие остаточные явления после каждого цикла),
способствовавшие росту мощности гумусового горизонта в глубину,
развитию дифференциации в содержании илистых частиц почвенного
профиля, то эволюцию почв можно характеризовать как преимущественно малоконтрастную, наследующую, трансформирующую.
Почвы полигенетичные, поскольку в своем развитии прошли несколько стадий, обусловленных, в основном, динамикой климатических
условий. Развитие большинства процессов не успевало достигать квазиравновесного состояния до очередной смены климатических условий.
Отмеченные закономерности (высокая динамичность педогенеза), вероятно, имели региональный характер, поскольку Приазовье
является специфичной территорией, расположенной на контакте двух
равнин: южнорусской степной и предкавказской. В Ростовской области проходит граница между двумя фациями черноземов: южно-европейской и восточно-европейской. Переходные области всегда отличаются географической оригинальностью, включая в себя некоторые
черты и тех, и других районов и являются наиболее информативными
при изучении стадийности развития природы, поскольку характеризуются наименьшей устойчивостью к изменениям природной среды. Одним из результатов такого влияния на территории Приазовья явилось
формирование своеобразных черноземов (североприазовских, предкавказских). Североприазовские черноземы уникальны и нигде, кроме
Ростовской области, не встречаются (Безуглова и др., 1995).
Литература
Афанасьева Е.А. Солевой профиль черноземов и пути его формирования // Черноземы СССР. Т.1. М.: Колос, 1974. С.145–156.
Безуглова О.С., Звягинцева З.В., Горяинова Н.В. Потери гумуса в почвах Ростовской области // Почвоведение. 1995. №2. С.175–183.
Ганжара Н.Ф. Факторы, обусловливающие уровни относительной стабилизации
содержания, запасов и состава гумуса в почвах // Органическое вещество и плодородие почв, М., 1983. С.17–24
Глазовская М.А. Погребенные почвы, методы их изучения и их палеогеографическое значение // Вопросы географии. М.–Л.: Изд-во АН СССР, 1956. С.59–68.
Глазовская М.А., Геннадиев А.Н. География почв с основами почвоведения. М.:
МГУ, 1995. 400 с.
Глушанкова Н.И. Органическое вещество погребенных почв, новейших отложений
321
и его палеогеографическое значение. Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. к.г.н. М., 1972. 25 с.
Дергачева М.И., Зыкина В.С. Органическое вещество ископаемых почв. Новосибирск: Наука, 1988. 129 с.
Иванов И.В. Эволюция почв степной зоны в голоцене. М.: Наука, 1992. 144 с.
Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 223 с.
Лебедева И.И. Генетический профиль черноземов и его изменение в зависимости
от биоклиматических условий // Черноземы СССР. Т.1. М.: Колос, 1974. С.84–109.
Лебедева И.И. Основные компоненты морфологического профиля черноземов //
Русский чернозем. 100 лет после Докучаева. М.: Наука, 1983. С.103–117.
Лебедева И.И., Овечкин С.В. Карбонатные новообразования в черноземах левобережной Украины // Почвоведение.1975. №11. С.14–30.
Прасолов Л.И. О черноземах Приазовских степей // Генезис, география и картография почв. М.: Наука, 1978. С.79–100.
Роде А.А. Почвообразовательный процесс и эволюция почв. М.: Географгиз,
1947.142 с.
Тюрин И.В., Тюрина Е.В. О составе гумуса в ископаемых почвах // Почвоведение.
1940. №2. С. 10–22
Тюрюканов А.Н. О чем говорят и молчат почвы. М: Агропромиздат, 1990. 224 с.
Тюрюканов А.Н., Тимофеев-Ресовский Н.В. Биогеоценология и почвоведение //
Тюрюканов А.Н. Избр. труды. М.: РЭФИА, 2001. С.124–135.
ПРИОБЩЕНИЕ ДОШКОЛЬНИКОВ К ИДЕЕ
УСТОЙЧИВОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ЧЕЛОВЕКА И
ПРИРОДЫ
Т.В. Потапова, д.б.н., в.н.с.
НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского
МГУ имени М.В. Ломоносова
Человек – уникальный биологический вид, способный создавать обобщенные представления о мире, себе и своем месте в мире
и производить затем на основе научных представлений искусственные объекты: дома, дороги, транспортные средства, разнообразные
механизмы. Однако при всей своей уникальности человеческий организм поддерживает жизнедеятельность за счет природных веществ
и энергии по тем же законам, что и все иные виды живых существ нашей планеты. Искусственные объекты Человек также производит за
счет природных ресурсов, извлекая из Природы вещества и энергию
и сбрасывая в Природу отходы. К началу III тысячелетия такая деятельность породила множество экологических проблем в отдельных
регионах планеты и стала угрожать устойчивости биосферы в целом.
В конце марта 1989 г. в Пущино прошел международный симпо322
зиум “Человек и биосфера: история и современность”, посвященный
памяти В.И. Вернадского. На симпозиуме выступили ведущие советские ученые: А.Л. Яншин, Г.В. Добровольский, Н.Н. Моисеев, В.А. Ковда, Э.В. Гирусов, В.П. Казначеев, Н.Ф. Глазовский, Б.Н. Вепринцев,
К.Я. Кондратьев, А.Т. Мокроносов, Л.Н. Гумилев, М.Я. Лемешев, – а
также члены Римского клуба Э. Ласло (Италия) и Ф. ди Кастри (Франция), профессора: Н. Полунин (Швейцария), А. Марконини (Италия),
М. Батисс (Франция), Д. Питт (Швейцария), Г. Гегамян (Франция),
Захар (Польша). В дискуссиях и на круглых столах обсуждали такие
важные вопросы, как: “Социосфера и будущее человечества”, “Глобальное выживание и ответственность науки”, “Взаимодействие между
биосферой и окружающей средой как основа глобальной экологической устойчивости”, “Биосферные принципы социального развития”,
“Природа, экономика и благосостояние общества”, “Экологическая
безопасность человечества: история идей”, “Экологические проблемы
безопасности и выживание человечества”.
Всех объединяла идея Вернадского о целостности природы и общества. Споры шли вокруг выбора путей достижения этой цели. В
частности, обсуждалась необходимость принципиального изменения
в ценностной ориентации человека по отношению к природе: переход от потребительской мотивации к рачительному хозяйствованию
в масштабах планеты.
В 80-х гг. XX в. НЦБИ в Пущино-на-Оке представлял СССР в
Международной программе «Человек и биосфера». Пущинские ученые
и педагоги создали в те годы Детскую Экологическую станцию, заслуженно завоевавшую международное признание. Однако проводившиеся
в середине 80-х г.г. командой П. Щедровицкого деловые игры показали,
что экологические знания сами по себе не создают мотиваций к экологически грамотному поведению. Мозговой штурм этой проблемы привел
группу пущинских ученых к идее повышения эффективности экологического образования (ЭО) через совместную исследовательскую
деятельность ученых и детей. Эта идея была успешно реализована в
1989–1995 гг. Пущинской Лабораторией оптимизации природопользования (ЛОП) под руководством д.ф.-м.н. К.Б. Асланиди (Вместе…, 1995).
В 1992–1995 гг. Минэкологии РФ профинансировало из средств
госбюджета в рамках ГНТП «Экология России» и ФЦП «Экологическая безопасность России» сотни НИР по приведению отечественной системы ЭО в соответствие с международными нормами и требованиями. Выполняя задания Минэкологии РФ, творческая группа
ученых, педагогов и специалистов-экологов разработали новую Концепцию экологического воспитания дошкольников (Асланиди, По323
тапова, 1997) и рекомендации по ее внедрению в виде учебной программы “Надежда” (1995), создали «Экологическую азбуку для детей
и подростков» (Асланиди и др., 1995) и еще целый ряд программ и
пособий, которые широко разошлись по стране.
В Государственном докладе “О состоянии окружающей природной среды в 1995 г.” констатировалось, что в стране практически закончено формирование законодательной базы для развития системы
непрерывного ЭО, отвечающего современным требованиям. К сожалению, до сих пор так и не сложилась полноценная система государственного управления этой деятельностью. Парламентские слушанья
1998 г. о состоянии ЭО констатировали, что фактически в стране работа по реализации законодательных положений в области ЭО ведется благодаря усилиям многочисленных общественных организаций
при поддержке природоохранных ведомств и экологических фондов.
В 1994 г. было подписано Министром образования РФ (Е.В. Ткаченко) и Министром охраны окружающей среды и природных ресурсов РФ (В.И. Данилов-Данильян) совместное Постановление “Об
экологическом образовании обучающихся в образовательных учреждениях”. Опираясь на этот документ, подразделения Минприроды на
местах помогали получать финансовую поддержку из экологических
фондов на работу с детскими садами (д/с) подразделениям Всероссийского общества охраны природы (ВООП). Центральный совет ВООП
с помощью ученых последовательно включал научные рекомендации
и передовой опыт в условия ежегодных смотров-конкурсов и программы проблемных конференций, издавал материалы конференций и
распространял их по регионам. Региональные отделения ВООП систематически доводили эти материалы до тех, кто напрямую работает
с детьми на местах: представителей местных администраций, специалистов ЭО – центров, заведующих д/с, методистов и воспитателей.
Около 800 базовых д/с ЦС ВООП творчески развивали это направление и становились ресурсными центрами на местах: в Башкортостане,
Татарстане и РСО – Алания, Краснодарском крае, Архангельской, Вологодской, Иркутской, Камчатской, Липецкой, Мурманской и Нижегородской областях (Потапова, 2006). Анализ материалов проблемных
конференций, проведенных ЦС ВООП (1995, 1997, 1999, 2001, 2003,
2005, 2007 и 2010 г.г.), ежегодных смотров-конкурсов и отчетов региональных отделений ВООП показывает, что более 20 000 д/с России
успешно внедряли в свою практическую деятельность отечественные
научные рекомендации и передовой опыт ЭО.
В СССР функционировала единая система из 200 000 д/с. Группа
специалистов Минобразования СССР обеспечивала их согласован324
ную работу с помощью единых нормативно-правовых документов и
контроля за выполнением условий, необходимых для эффективного
функционирования всей системы и отдельных ее частей: организационно-управленческих, научно-методических, финансово-экономических и пр. После распада СССР сеть д/с существенно сократилась:
к XXI в. в России осталось около 50 000 д/с, но они все еще действовали согласованно под государственным управлением как общенациональная система. Правительственная реформа 2005 г. полностью
ликвидировала на Федеральном уровне функцию управления системой д/с, передав ее в регионы и местным органам власти. Кто и что
выиграет от такой реформы? – Во всяком случае, не дети России!
Спасение утопающих всегда было на Руси делом рук самих утопающих. Взывать к разуму и совести лиц, принимающих управленческие
решения в отношении д/с, конечно, нужно, но, помня, что дети растут
очень быстро, пути полноценного ЭО дошкольников нужно находить
здесь и сейчас, опираясь на пока еще имеющиеся в наличии ресурсы.
Известный отечественный психолог М.И. Лисина (1997) была
убеждена, что основы научного мировоззрения закладываются в дошкольном детстве:
«В среднем дошкольном возрасте у детей обостряется потребность в «теоретическом» познании предметной деятельности.
Сотрудничество со взрослыми по этим вопросам открывает для
детей знания старших как их важнейшее достоинство; одновременно в их представлениях о себе знания, ум также выдвигаются
на передний план».
«… при рождении у ребенка мировоззрение отсутствует, и он
усваивает или, точнее говоря, вырабатывает его постепенно, в
ходе своей жизни. Решающее значение имеют при этом два момента – собственная активность, деятельность ребенка, принимающего участие в культурном процессе, и транслируемое ему
из окружающей среды в ходе сообщения с людьми мировоззрение,
выработанное в обществе. В наиболее благоприятном случае ребенок усваивает научное мировоззрение, соответствующее общественно-историческим возможностям эпохи, в которую живет,
одновременно обогащая его собственным вкладом».
Анализ опыта работы отечественных д/с показывает, что современные дети в рамках целенаправленных научно-обоснованных
учебных программ (Асланиди, Потапова, 1997; Надежда1995) усваивают важные представления, которые могут в дальнейшем стать базой для восприятия идеи устойчивости взаимодействий Человека и
Биосферы: 1) независимость законов природы от воли человека; 2)
325
необходимость тщательного ограничения расходования материальных ресурсов и накопления отходов; 3) радость от развития личных
способностей: физических, умственных, нравственно-духовных.
В середине XIX века выпускник Московского университета
К.Д. Ушинский (1994) заложил научные основы начального воспитания в нашем Отечестве. Изучив педагогические системы Швейцарии, Германии, Франции, Англии, США, Ушинский пришел к выводу
о необходимости опоры начального воспитания на родной язык и родную природу при условии наглядности обучения и обязательном усвоении трудовых навыков. Представления Ушинского вошли в каждый
дом и закрепились, как в сознании миллионов наших сограждан, так
и в педагогической практике д/с и школ. На эту основу свободно ложатся самые сложные современные требования, которые на десятилетие 2005–2015 г.г. объединены мировым сообществом под общим
названием «Образование для устойчивого развития» (ОУР):
• Наглядность. Восприятию ребенка предлагаются наглядные образцы того, как старшие (школьники, студенты, педагоги,
родители, чужие люди разных профессий) убежденно и ответственно, со знанием дела оценивают экологическое состояние окружающей среды и принимают меры по улучшению этого состояния.
• Трудовые навыки. Воспитание навыков трудовой деятельности максимально наполняется экологическим содержанием:
мотивами экономии материалов, бережного использования природных ресурсов, творческого подхода к приданию второй жизни
вещам, радостью общения по поводу наиболее удачных находок
такого содержания.
• Условие единства с природой в начальном обучении требует
в наши дни особого внимания, чтобы защитить ребенка от отрицательного опыта разрушения человеком природных объектов.
Взаимодействия ребенка с любыми природными объектами: на
территории и в помещениях д/с или школы, дома и на летнем
отдыхе, – должны вести к приобретению эколого-позитивного
опыта.
• Специальных усилий требует то, чтобы в процессе изучения родной речи ребенок усвоил доступные его возрасту слова
и понятия, закрепляющие экологический смысл происходящих
вокруг явлений. Для этого недостаточно классических пособий:
необходимы специальные книги для чтения вместе с детьми, подобные «Экологической азбуке для детей и подростков», которую мы создали в 90-е г.г. (Асланиди и др., 1995).
326
Важность адекватного речевого общения для развития у дошкольника научно-обоснованных представлений о мире, человеке
и месте человека в мире можно проиллюстрировать высказыванием
знаменитого этолога Нобелевского лауреата К. Лоренца. Анализируя
естественно-природные корни познавательной способности человека, он подметил важную закономерность: «Во-первых, человек испытывает в определенной фазе своего детства непреодолимо сильное
стремление находить для вещей и действий имена и ощущает сильное специфическое удовлетворение, когда ему это удается. Во-вторых, вопреки силе этого стремления, он не пытается самостоятельно
изобретать словесные символы, как это якобы сделал Адам, согласно известной легенде, а врожденным образом «знает», что он должен
научиться им у кого-то, кто передает традиции. Таким образом,
обучение языку основано на филогенетически сложившейся программе, по которой у каждого ребенка заново осуществляется интеграция
врожденного понятийного мышления и переданного культурной традицией словаря» (Лоренц, 1998).
В 1998 г. по заданию Госкомэкологии России творческий коллектив ученых, педагогов и представителей ВООП разработал Концепцию “Детский сад – эталон экологической культуры” и рекомендации
по ее реализации (Детский сад…, 2004), которые прошли по приказу
Москомобразования с 1999 по 2002 гг. как этап пилотного внедрения
на базе д/с №1901 (ВАО г. Москвы).
Большинство д/с России имеют отдельные здания и около 1 га
хорошо озелененных территорий для выполнения оздоровительных,
рекреационных и эколого-воспитательных функций. Современные
российские д/с – это миниатюрные природно-хозяйственные структуры, абсолютно прозрачные в части движения ресурсов. Во всех
уголках страны они, с одной стороны, сравнимы по масштабам, а с
другой – уникальны по конкретным природным и культурным условиям. Д/с могли бы идеально служить в нашем обществе действующими моделями для повседневного тренинга в экологически безопасном природопользовании и экологически грамотном использовании
ресурсов. Однако для этого д/с нужна эффективная общественная
поддержка: помощь в тщательном экологическом обследовании всех
сторон их работы, грамотном анализе полученной информации и
принятии на основе этого анализа оптимальных управленческих решений, помощь в практической реализации научных рекомендаций.
Под руководством ученых-разработчиков специалисты д/с
№1901 пришли осознанно к полной экологизации всей деятельности своего учреждения (Детский сад…, 2004). Провели экологичес327
кую экспертизу и внесли необходимые коррективы и улучшения.
Педагоги и воспитатели перестроили свою каждодневную работу в
соответствии с требованиями программы «НАДЕЖДА» (1995), освоили новые формы координации усилий: внутри педагогического
коллектива (недели экологической культуры); с семьями (семейные
гостиные эколого-просветительской направленности); с местными
организациями и объединениями (совместные мероприятия с туристическим клубом «Родина», библиотекой, Обществом ветеранов, Обществом многодетных семей и др.). С помощью ученых оборудовали
экологическую лабораторию, где дети с удовольствием ухаживали за
растениями и животными, изучали их особенности, осваивали навыки лабораторных экспериментов, знакомились с разными живыми
существами и теми условиями, которые нужны для жизни людям,
растениям и животным.
В 2002 г. в инициативном порядке был создан и распространен
через подразделения ВООП проект «Повестки дня на XXI век для детских садов России» (Потапова и др., 2002). К сожалению, к этому времени прекратили существования многие экологические общественные
организации, д/с России лишились поддержки экологических фондов,
зато все большую роль в информационном и организационном плане
стал играть Интернет. В общем, – жизнь продолжается!
В 2005–2007 г.г. студенты и школьники выполнили для двух московских д/с ряд проектов по грантам программы “Make a connection”,
в которой участвуют молодежные группы 40 стран мира. Студенты и
школьники определили все виды деревьев на участках д/с; составили карты-схемы расположения деревьев; организовали доставку саженцев для уголка леса и плодородной почвы под молодые саженцы
и клумбы. Ямы для саженцев выкопали родители. Молодежь ужаснулась обилию мусора в почве на участке, что – увы! – характерно
для всех д/с, возводимых внутри новых жилых кварталов. Рядом с
молодыми саженцами посадили несколько сотен луковиц первоцветов. Весной малыши с восторгом наблюдали их цветение и выражали
свои чувства на занятиях. В ходе работы студенты и школьники сами
проводили занятия и игры с малышами, общались с ними, снимали
занятия фото- и видеокамерой, а потом приходили к детям в гости с
портативным компьютером: таким образом малыши приобщались к
современным информационным технологиям.
Важно отметить, что средства благотворительных грантов молодежь тратила только на расходные материалы: канцелярские товары
и комплектующие для компьютеров, лабораторный пластик, искусственный мех и стройматериалы, саженцы и почву. Вдохновляла всех
328
замечательная идея: развитие жизненных навыков через благотворительность. Есть большая разница в том, с какой идеей брать в руки
лопату. Одно дело, когда тебя гонят из-под палки, непонятно кто и непонятно куда. Другое дело, когда солидная фирма дает тебе средства
на развитие твоих жизненных навыков, и ты берешься рыть землю,
чтобы подарить малышам уголок леса, в котором весной будут радовать глаз первоцветы, а осенью можно будет устроить праздник Леса
для гостей-ветеранов (Потапова, 2007; Ученые – детям).
Радует то, что молодежь в этой работе находила поддержку, понимание и добрые квалифицированные советы у специалистов, весьма далеких от проблем д/с: в Академии коммунального хозяйства,
Мосзеленхозе и Главном Ботаническом саду РАН, в Ботаническом
саду МГУ и на Звенигородской биостанции МГУ, в Московском Клубе цветоводов и Всероссийском институте лекарственных и ароматических растений.
Начиная с 2000 г., систематически включает работу с дошкольниками в программы своих конференций Межрегиональная общественная организация «Женщины в науке и образовании» (Ассоциация…,
2008). В 2003 г. студенты Астраханского технического университета
провели исследование экологического состояния территорий 8 д/с в
городе и доложили результаты своей работы на конференции. В 2006 г.
на конференции в Дубне педагоги и ученые обсудили опыт исследования экологических проблем д/с студентами университета «ДУБНА».
Начиная с 2007 г., сотрудники и студенты МГУ по опыту благотворительных молодежных проектов для д/с проводят семейные
научно-просветительские акции «Деревья рядом с нами» для своих
детей и внуков (Потапова, 2008). Составили карту-схему расположения деревьев 16 видов вокруг Лабораторных корпусов «А» и «Б» и
Биофака, сфотографировали деревья и листья, подготовили раздаточные папки. В сентябре в честь Дня Работников Леса наставники
проводят детей и внуков по дорожкам вокруг своих рабочих корпусов, знакомят их с разными видами деревьев, помогают собрать листья для гербариев, а также плоды и семена для создания узоров в чашках Петри. Дети 5–10 лет увлеченно занимаются под руководством
родственников научным поиском, вдохновенно создают композиции
из ягод и семян, с достоинством принимают грамоты «Друг Леса».
Взрослые общаются друг с другом.
В сентябре–октябре 2010 г. ряд семей сотрудников МГУ и соседей из д/с №1820 (ЗАО г. Москвы) прошли под руководством сотрудников МГУ школу «Исследования природы вместе с детьми».
Семьям выдали раздаточные материалы: CD с описаниями методик и
329
опыта работы ученых и молодежи с дошкольниками, с фотографиями
и видеофильмами по теме проекта. Снабдили всех рабочими папками
для изучения деревьев на территории МГУ и чашками Петри для создания узоров из ягод и семян.
В рамках Фестиваля науки-2010 семьи посетили 9 октября филиал Ботанического сада МГУ «Аптекарский огород», где А.Е. Андреева познакомила всех с растениями на территории и позволила поработать с настоящими микроскопами. 10 октября родители с детьми
представили свои творческие работы на Факультете биоинженерии
и биоинформатики МГУ. После презентации проектов все вместе
водили фольклорный хоровод и снова с увлечением гуляли под уже
знакомыми деревьями на территории МГУ.
VIII Всероссийский конкурс учебно-исследовательских экологических проектов «Человек на Земле» (www.chemeco.ru) в 2010–
2011 г.г. пригласил к участию семьи с дошкольниками и младшими
школьниками, предложив познакомиться на сайте «Ученые – детям»
с примерами такой работы. Результаты превзошли самые смелые
ожидания организаторов: из 30 регионов России поступило более 60
отчетов по итогам исследований, выполненных в городах и селах с
участием дошкольников и младших школьников на самом высоком
современном уровне с помощью Интернет-ресурсов.
По-видимому, объединяя усилия ученых, педагогов, семей и молодежи при поддержке тематических фондов, общественных организаций и разнообразных административных структур, вполне реально
здесь и сейчас, опираясь на Интернет-ресурсы, достаточно эффективно вводить дошкольников в мир современных научных представлений об устойчивости взаимодействий Человека и Биосферы.
Литература
Вместе со всей планетой: Научно-практические рекомендации по ЭО-работе
за рамками стандартных учебных программ / Составитель Т.В. Потапова. Пущино:
ОНТИ НЦБИ, 1995. 118 с.
Асланиди К.Б., Потапова Т.В. Концепция экологического воспитания дошкольников» // Мир психологии. 1997. №1. С. 75–84.
НАДЕЖДА: комплексная программа подготовки детей до 10–12 лет к обучению основам экологии, природопользования и правам человека. Пущино: ОНТИ НЦБИ, 1995.
Асланиди К.Б., Малярова М.А., Потапова Т.В., Рыбальский Н.Г., Цитцер О.Ю. Экологическая азбука для детей и подростков. М.: МНЭПУ, 1995. 164 с.
Потапова Т.В. Образование для устойчивого развития в детском саду. М.: НИАПрирода, 2006. 72 с.
Лисина М.И. Общение, личность и психика ребенка. М.–Воронеж, 1997.
330
Детский сад – эталон экологической культуры / Ред.-составитель Т.В. Потапова.
М.: РЭФИА, 2004.
Ушинский К.Д. Родное Слово: Книга для детей и родителей. Новосибирск: Дет.
лит, 1994. 424 с.
Лоренц К. Оборотная сторона зеркала. М.: Республика, 1998. 393 с.
Потапова Т.В., Морозова О.В., Волков В.А. Повестка дня на 21 век для детских садов России: Программа действий по устойчивому развитию // Управление ДОУ. 2002.
№3. С.108–118.
Потапова Т. В. Праздник леса в детском саду // В мире науки. 2007. №1. С. 88–89.
Ученые – детям: Web-сайт (http://kids.genebee.msu.su).
Ассоциация «Женщины в науке и образовании» / Ред.-составитель Н.А. Винокурова. М.: Прогресс-Традиция, 2008. 336 с.
Потапова Т.В. Деревья рядом с нами // В мире науки. 2008. Приложение, февраль. С. 5.
СОСТОЯНИЕ, ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ
ОРОШАЕМЫХ СТЕПНЫХ ПОЧВ
В.Е. Приходько, д.б.н., в.н.с.
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
В.В. Докучаев в 1892 г. в книге “Наши степи прежде и теперь” дал
комплексную программу работ по борьбе с засухой, включающей различные виды мелиорации (улучшения) почв, в том числе ирригацию.
Основы ирригационного управления и мелиоративного почвоведения
заложены в трудах А.Н. Костякова, С.Ф. Аверьянова, И.П. Айдарова,
И.А. Антипова-Каратаева, А.П. Бирюковой, И.Н. Гоголева, В.В. Егорова, Б.А. Зимовца, С.В. Зонна, В.А.Ковды, И.А. Кузника, Н.Г. Минашиной, С.А.Николаевой, А.В. Новиковой, Н.П. Панова, Н.И. Решеткиной,
Л.П. Розова, Б.Г. Розанова, В.Н Филипповой и многих других.
Орошение почв является мощным антропогенным фактором, влияющим на почвы и окружающую среду. В настоящее время на планете 70 %
воды, используемой человечеством, тратится на орошаемое земледелие.
Площадь поливных земель составляет в млн га в: мире – 310, Индии – 57,
Китае – 48, США – 20, России – 4.5. Орошаемые земли достигают в процентах площади пашни в: Индии– 34, Болгарии – 30, Венгрии, Испании
– 18, США – 11, России -3.
Объекты исследования. Исследования почв на орошаемых территориях проводятся нами совместно с сотрудниками нашего института и
разных организаций Поволжья и Ростовской области с 1980 г. Комплексное исследование позволило установить особенности функционирова331
ния и развития орошаемых почв степной и сухостепной зон.
Состояние орошаемых почв. В 2010 г. из-за сильной засухи пострадало 28 административных областей России, потеряно 35 % урожая.
В России без орошения трудно получать продукцию земледелия из-за
того, что 70 % пахотных земель подвержено периодическим или постоянным засухам. Именно, по этой причине с 1966 г. началось интенсивной
развитие мелиорации, и за 20 лет площадь орошения в России увеличилась в 7 раз, достигнув 6,2 млн га. Почвоведение было востребовано
в мелиорации земель в большей мере, чем в других отраслях экономики
страны. Орошаемые почвы, занимая 4 % пашни России, в конце ХХ века
обеспечивали сбор четверти продукции растениеводства. С приходом
оросительной воды в засушливые районы преобразилась жизнь людей.
При этом возросло количество рабочих мест, потому что орошение 100
га пшеницы и 1 га садов обеспечивает работой одного человека. Также
были построены благоустроенные поселки, появились новые зоны отдыха и рыбалки около прудов и водохранилищ, которые создавались для
запасания поливной воды.
С 1990 по 2000 гг. площадь ирригации уменьшилась на 27 %. Это
связано, как с финансовыми трудностями, сложившимися в новых экономических условиях, так и с рядом нерешенных проблем орошения.
На оставшихся полях, числящихся орошаемыми во многих регионах, не
поливается 70–80 %, площадь фактически не политых земель, составляет до 1,7–2 млн га в год. Исключение составляют Северный Кавказ и
Астраханская область. Здесь орошается почти весь наличный фонд, т.к.
преобладает самотечный способ ирригации. В других регионах поливная
вода подается дождевальными установками. Их количество сократилось
в три раза по сравнению с 1990 г., и ежегодно более 50 % из них находится
в неисправном состоянии. До 80–90 % дождевальных машин выработали
свой срок эксплуатации. Отмечается сильный износ насосных станций,
трубопроводов. Списывается до 150 тыс. га/год орошаемых почв (Гулюк,
2004). Многие поливные земли сданы арендаторам, которые зачастую
используют их под монокультуру овощей без применения многолетних
трав, органических удобрений и других мер охраны почв. Это приводит
к ускорению деградации орошаемых почв, вод и природы в целом. Государство не закупает продукцию с орошаемых полей, поэтому возникают
трудности с ее сбытом. Прекратились исследования и мониторинг орошаемых почв.
Растет деградация орошаемых почв – площадь с хорошим мелиоративным состоянием сократилась с 4 до 2,7 млн га или на 34 %, на площади 2,2 млн га требуется реконструкция. На 38 % орошаемых площадей
существует вторично-гидроморфный режим, на 6 % – вторичное засоле332
ние. Во многих орошаемых почвах отмечается потеря гумуса, карбонатов,
ухудшение физических свойств, структуры, увеличение уплотнения и
усиление развития эрозии почв. Ухудшилась структура орошаемых почв:
площадь кормовых культур уменьшилась с 57 % до 23 %, доля зерновых
увеличилась с 30 % до 55 %. Урожаи овощей, сахарной свеклы, кукурузы
снизились в 2 раза, урожаи комовых культур – 2–3 раза. Количество вносимых удобрений уменьшилось в 6-8 раз, не проводится борьба с вредителями и болезнями растений (Гулюк, 2004).
По подсчетам ВНИИ орошаемого земледелия, стране необходимо
12 млн га орошаемых площадей при продуктивности 7 тыс. кормовых
единиц (к.ед.). К началу 1990-х г продуктивность 1 га орошаемых земель
составляла 4,2–4,6 тыс. к. ед., во влажные годы урожай на орошаемых
почвах был в 2–3 раза выше, чем на богаре, в засушливые годы – в 4–5
раз выше (Гулюк, 2004). Есть и положительные моменты. Благодаря настойчивой инициативе ученых в программу «Основных направлений агропродовольственной политики Правительства РФ на 2001–2010 годы»
включен пункт о финансовой поддержке мелиорации государством.
Принят «Закон о мелиорации» и «Программа мелиорации земель» до
2020 г. Обсуждается вопрос о введении платы за воду. Начались работы
по сохранению и восстановлению орошаемых почв в степной и сухостепной зонах. Планируется реконструкция оросительных систем и ввод
новых мелиорированных земель для получения гарантированного объема сельскохозяйственной продукции. Занимая 3 % пашни, орошаемые
земли дают 16 % продукции растениеводства. Это весь рис, более 90 %
овощей, среди орошаемых зерновых более половины занимает ячмень,
использующийся в пивоварении.
Функционирование орошаемых почв. Для успешного функционирования орошаемых почв нужны многие условия: кондиционные оросительные воды, благоприятные почвенно-мелиоративные условия, новые
сорта растений, современные поливные технологии и техника, облицованные каналы, рациональное хозяйствование, заинтересованность работников в результатах труда. Чем меньше этих условий выполнено, тем
больше деградация почв и других природных компонентов и ухудшение
здоровья людей под влиянием ирригации.
Поливы увеличивают количество влаги за вегетационный период с
1,3–3 до 4–8 раз при движении от семиаридных к аридным территориям.
Все орошаемые почвы сближаются по коэффициенту увлажнения, поэтому чем выше их теплообеспеченность, тем больше удлиняется период
активного действия почвенных процессов и тем выше частота циклов
увлажнения–иссушения почв. Необходимо учитывать степень дренированности территории при проведении ирригации. Ее показателем явля333
ется потенциальная величина подземного оттока грунтовых вод (ГВ). В
степной зоне распространены слабо дренированные территории с величиной оттока ГВ 150–300, весьма слабо дренированные – 50–150 и бессточные – меньше 50 мм/год (Кац, 1976).
При орошении нарушается природный водный баланс, усиливаются потоки воды и растворенных веществ в результате увеличения объема
поверхностного и подземного стоков, интенсификации геологического
круговорота. С орошением может быть связано загрязнение и увеличение минерализации поверхностных и подземных природных вод. Они
становятся непригодны для питья и ирригации, так как приводят к росту заболеваемости людей. С орошаемых полей в природные воды могут
поступать токсичные вещества, легкорастворимые соли, некоторые микроэлементы (бор, селен, стронций и др.), пестициды и другие ядохимикаты (Ковда, 1981; Зайдельман, 1996). Кроме того, под влиянием орошения
выносятся природные и внесенные с удобрениями питательные элементы, органическое вещество и сама почва. Усиление миграции вышеперечисленных компонентов происходит при нерациональном хозяйствовании, особенно при использовании необоснованно высоких количеств
удобрений и пестицидов на поливных полях, избыточной подаче поливной воды, что приводит к поверхностному стоку вод и растворенных
веществ в водоемы и усиленной их миграции в подземные воды.
Орошение может приводить как к улучшению, так и деградации
почв. Необходима оценка состояния орошаемых почв. Различается
удовлетворительное, напряженное, конфликтное, кризисное и катастрофическое состояния орошаемых почв. Их оценка зависит от степени
выраженности (отсутствует, слабая, средняя, сильная и очень сильная)
различных видов деградации почв и скорости развития деградационных
процессов; на качественном уровне учитывается возможность выполнения почвами функций в биосфере и нарушение условий проживания людей. Деградация почв препятствует выполнению ими функций
в биосфере: биоценотических, литосферных, атмогидросферных, общебиосферных и ноосферных и других (Добровольский, Никитин, 1986).
Итоговая оценка степени деградации почв оп-ределяется по одному или
ряду показателей, имеющих максимальную степень деградации, также
указываются неблагоприятные процессы, протекающие с наибольшей
скоростью, поскольку почва может быстро стать сильно деградированной по этому показателю.
При катастрофическом состоянии допустимые антропогенные нагрузки на ландшафты превышены во много раз, что приводит к очень
сильной степени ухудшения большинства почвенных свойств, невозможности для почв выполнять многие биосферные функции, резкому
334
ухудшению условий проживания людей, опасности для их здоровья. Для
восстановления почв требуется коренная рекультивация земель (замена
почвенной массы, изменение рельефа). Кризисное состояние характеризуется сильной степенью деградации почв, слабой их способностью выполнять биосферные функции, ухудшением жизненного пространства
людей. Необходимы дорогостоящие мероприятия для улучшения почв и
природной обстановки (инженерный дренаж, промывки). Для конфликтной ситуации характерна средняя степень деградации орошаемых почв.
Необходимы срочные меры нормализации с тем, чтобы приостановить
разрушение почв и улучшить условия проживания людей. При напряженном состоянии наблюдается слабая степень ухудшения почв, их восстановление относительно легко достижимо. При удовлетворительном
состоянии саморегулирование орошаемых почв близко к естественному.
Наиболее часто встречающиеся категории деградации орошаемых
почв можно условно разделить на следующие: физическая, химическая,
минералогическая и микробиологическая. Количественные критерии оценки различных степеней деградации орошаемых почв приведены в следующих публикациях (Снакин и др., 1992; Созинов и др., 1994; Панкова и
др., 1996; Экологические…, 1996; Шептухов и др., 1997; Приходько, 2000;
Ромащенко, Балюк, 2000). Удовлетворительной обстановкой характеризуются Уральский, Западно-Сибирский и Нечерноземный районы. Катастрофическое экологическое состояние при орошении складывается в
Калмыкии и Дагестане.
Орошаемые почвы – это особые антропогенно-природные системы,
отличающиеся от неорошаемых аналогов ускорением процессов, возрастанием неравномерности развития во времени и увеличением неоднородности изменений на разных структурных уровнях организации в
пространстве. Различаются направленные процессы и противоположно
направленные взаимосвязанные процессы. Под влиянием орошения увеличивается скорость направленных процессов. В изучаемых почвах к
ним относятся (необратимые): разрушение и физическое дробление минералов, миграция гумуса; а также интенсифицируются (практически
необратимые процессы): слитизация, оглеение, микродеструктуризация,
диспергирование гумуса и глинистого вещества и др. Процессы отнесены к практически необратимым потому, что для восстановления почв,
деградированных в результате развития этих процессов, требуется выведение почв из пашни на длительное время и проведение дорогостоящих
мероприятий. При орошении ускоряются противоположно направленные взаимосвязанные процессы (оструктуривание–деструктуризация,
уплотнение–разуплотнение, гумификация–дегумификация, засоление–
рассоление, пептизация–коагуляция и др.), среди последних возможны
335
большая интенсификация одного из процессов оппозиции и улучшение
или ухудшение, обусловленных ими свойств почв, а также сохранение
соотношения их скоростей и неизменность свойств почв.
Изменяются степень выраженности, локализованность, разнообразие и
масштабы распространения почвенных процессов, отмечаются разновременность или синхронность их появления или исчезновения, их взаимоусиление
или взаимоослабление, что обусловливает различные направленность, характер, скорость преобразования морфологии, состава и свойств почв на разных
иерархических уровнях организации почвенного тела и почвенного покрова,
и соответственно возрастает разнообразие орошаемых почв, неравномерность их трансформации во времени и неоднородность их преобразования
в пространстве. Усложнение структуры почвенного покрова максимально в
начальный период гумидизации орошаемых засоленных почв недостаточно
дренированных ландшафтов.
Трансформация почв под влиянием орошения.
Влияние орошения щелочной пресной и минерализованной водой на
почвы. В России на 9 % площади орошаемых почв используется вода с
минерализацией более 1 г/л (Гулюк, 2004). Орошение минерализованной и особенно щелочной водами ускоряет следующие процессы:
- вторичное осолонцевание и ощелачивание, интенсивность которых
обусловлена наличием соды, величинами рН и соотношения активностей ионов Nа+ и Са2+ в оросительных водах, а также содержанием гипса,
карбонатов и легкорастворимых солей и буферными свойствами почв
(Минашина, 1978; Розанов и др., 1983; Николаева и др., 1995). В пахотном слое эти процессы могут развиваться за 1–2 года, затем распространяются в глубь почвенного профиля;
- ухудшение агрофизических, водно-физических и структурных
свойств почв, образование поверхностных корок (Бондарев, 1990; Зимовец, 1991);
- дегумификация почв, обусловленная снижением поступления растительных остатков из-за уменьшения продуктивности растений и определяемая увеличением диспергирования и миграции гумуса в результате
появления гуматов натрия (Орлов и др., 1980; Крупеннкиков и др., 1985;
Турсина, 1988);
- обеднение верхних горизонтов илистой фракцией за счет убыли
хлорита и монтмориллонита в результате интенсификации их разрушения и миграции; переход лабильных минералов в супердисперсную форму под влиянием иона натрия оросительных вод (Чижикова, Градусов,
1972; Корнблюм, 1978);
- вторичное засоление, определяемое в основном минерализацией
поливных вод и климатическими условиями, от которых зависит испа336
ряемость и количеством атмосферных осадков вневегетационного периода (Николаева и др., 1995).
Влияние орошения пресной гидрокарбонатно-кальциевой водой на почвы. Такая вода благоприятно воздействует на свойства почв. Возможно ли
сохранение природного тренда развития почв, благоприятных свойств почв
и поддержание удовлетворительного экологического состояния почв под
влиянием орошения? Это возможно для дренированных ландшафтов при
орошении пресной водой гидрокарбонатно-кальциевого состава с использованием современных агротехнологий. Автоморфные условия при орошении
поддерживаются постоянно на высоких террасах крупных рек, подгорных
равнинах и грядах, подстилаемых супесчаными породами без наличия водоупоров (высокие террасы р. Волги, Приволжская гряда, Приобское плато).
Относительно благоприятные почвенно-мелиоративные условия характеризуют эти регионы: равнинный рельеф, незасоленные почвы, однородные
суглинистые и двучленные суглинисто-супесчаные грунты. При орошении
не изменяются содержание карбонатов кальция и величина емкости катионного обмена, в солонцеватых почвах происходит замена обменного натрия на
кальций (Барановская, Азовцев, 1974; Приходько, 1996).
Положительным примером влияния орошения служит Безенчукский
участок НИИ Юго-Востока и Безенчукский район Самарской области, где
орошается 33 % пашни, расположенные на 2-й террасе р. Волги, орошаемый
75 лет. Здесь урожаи зерновых в 2,5–3 раза выше, чем на богаре, люцерны – в
4 раза. Почва – среднесуглинистый незасоленный обыкновенный террасовый чернозем. Взаимосвязанные противоположно направленные процессы
(гумификация–дегумификация, оструктуривания–деструктуризация и др.)
ускоряются в одинаковой степени, что способствует динамическому постоянству обусловленных ими свойств. Изменяется состав гумуса: накапливаются гуминовые кислоты и лабильная фракция фульвокислот в результате
их новообразования, сокращается запас фульвокислот, связанных с кальцием, что обусловлено их миграцией. Показана перестройка структуры гуминовых кислот в сторону большей инертности, обусловленная увеличением
бензоидности и уменьшением активных периферийных фрагментов (Барановская, Азовцев, 1974; Панов, Мамонтов, 2001). Разрушение части макро- и
микроагрегатов, начавшееся диспергирование и увеличение подвижности
коагулированной микроформы гумуса могут служить одними из причин небольшого уплотнения почв.
На дренированных ландшафтах при нерациональном хозяйствовании наиболее часто при орошении отмечается дегумификация и физическая деградация почв: уплотнение, глыбистость, деструктуризация,
уменьшение пористости, снижение фильтрации воды, образование корки; почвы изменяются на низких таксономических уровнях.
337
На недостаточно дренированных ландшафтах происходит подъем
уровня ГВ и гумидизация, приводящие к изменению почв на типовом
уровне. Асинхронность появления вторичного гидроморфизма обусловлена различиями природных условий геоморфологических районов, а
также определяется удаленностью от оросительных каналов, величиной
оросительных норм, неравномерностью их распределения и другими
факторами. Особенности эволюции орошаемых почв недренированных
ландшафтов во многом определяются их первоначальной засоленностью
и уровнем залегания ГВ. Глубокозасоленные почвы слабодренированных
ландшафтах при исходной глубине ГВ 30–50 м до появления гумидизации успевают опресниться от легкорастворимых солей, и их развитие
не сопровождается вторичным засолением; но скорость многих вышеуказанных процессов, приводящих к деградации почв, увеличивается в
большей степени по сравнению с автоморфными условиями.
Засоленные и солонцеватые почвы недостаточно дренированных ландшафтов при исходном уровне залегания грунтовых вод на глубине выше
10 м при орошении проходят три стадии развития. В первую фазу, характеризующуюся автоморфными условиями, происходит улучшение почв. Однако
в этих ареалах быстро происходит гумидизация почв. Орошаемые почвы
переходят во вторую фазу трансформации. Для нее характерны засоление,
осолонцевание и ощелачивание почв, которые ускоряют многие деградационные процессы, указанные выше. На этой стадии отмечается максимальное
увеличение неоднородности и разнообразия почвенного покрова.
Они уменьшаются после строительства искусственного дренажа, сопровождающегося внесением кальциевых мелиорантов, выращиванием
солеустойчивых растений и проведением других мелиоративных мероприятий. Это – третья фаза развития орошаемых засоленных почв. В засоленных светло-каштановых и бурых полупустынных почвах и солонцах
при достаточном резерве гипса или его внесении в автоморфных условиях или во вторично-гидроморфном режиме при наличии искусственного дренажа под влиянием орошения отмечаются следующие изменения: возрастает миграция легкорастворимых солей и гипса, уменьшается
содержание обменного натрия, происходят разуплотнение, улучшение
агрегированности и состава гумуса, возрастает степень гумификации; не
наблюдается перехода лабильных минералов в супердисперсную форму
вследствие стабилизирующего воздействия гипса и карбонатов.
На недостаточно дренированных ландшафтах в высоко гумусированных орошаемых почвах: черноземах, темно-каштановых, лугово-черноземных и лугово-каштановых при возникновении вторичного гидроморфизма поднявшиеся грунтовые воды в основном характеризуются
небольшой минерализацией и вторичное засоление развивается на отде338
льных локальных участках, а в основном наблюдаются следующие деградационные изменения:
- интенсифицируются процессы, приводящие к изменению гумусового состояния почв, такие как: минерализация и миграция гумуса, ухудшение его состава, снижение содержания лабильных форм гумуса, пептизация микроформ гумуса, накопление диспергированных и инертных
их форм (гумина, меланонов);
- происходит значительная переорганизация почвенного материала:
ухудшается макро- и микродеструктурирование, появляется большое
количество комков диаметром более 10 мм, уменьшается водопрочность
агрегатов, снижается пористость, усиливается разрушение многоуровневых микроагрегатов и возрастает неоднородность микростроения;
- наблюдается значительное уплотнение почв и реже слитизация
почв; механизмы этих процессов раскрыты в трудах (Козловский, 1991;
Хитров, 2003);
- отмечаются диспергирование глинистых минералов, снятие защитных пленок с поверхности минеральных частиц; лабильные минералы
трансформируются в супердисперсную форму под влиянием катионов
натрия из ГВ (Приходько, Соколова, 1988).
Неравномерность развития орошаемых почв во времени для слабо дренированных территорий в основном означает, что почвы разных
геоморфологических районов, областей и их ландшафтов будут разное
время функционировать в автоморфной обстановке до смены ее вторично-гидроморфной, при которой отмечается существенная трансформация почв. Гумидизация почв одного ландшафта развивается за различный промежуток времени в зависимости от способов полива, величин
оросительных норм, удаленности от оросительных и распределительных
каналов и других условий. Для дренированных ландшафтов, которые
постоянно сохраняют автоморфную обстановку, асинхронность развития орошаемых почв, зависит от уровня ирригационных агротехнологий,
типа севооборотов и др.
Таким образом, при изменении орошаемых почв с точки зрения производственных и экологических функций отмечаются позитивные и негативные явления: их характер, амплитуда и степень проявления, скорость и
масштабы распространения различаются в агросистемах дренированных и
недренированных ландшафтов и зависят от природных факторов (базовых
свойств почв и почвообразующих пород, климата и др.) и от агрогенных
факторов (уровня агротехнологий, состава и минерализации поливных
вод, изменений водного режима и увлажненности почв) способа орошения,
величин оросительных норм), для недренированных ландшафтов – также
от уровня, минерализации и скорости подъема грунтовых вод.
339
Литература
Барановская А.В., Азовцев В.И. Влияние орошения на современный почвообразовательный процесс // Тр. Х. Междун. конгр. почвоведов. М., 1974. С. 132–136.
Бондарев А.Г. Проблема уплотнения почв сельскохозяйственной техникой и пути ее
решения // Почвоведение. 1990. № 5. С. 31–37.
Гулюк Г.Г. Мелиорация земель – важнейший фактор интенсификации сельского хозяйства России // МиВХ. 2004. № 4. С. 2–5.
Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв. М.: Изд-во МГУ, 1996. 384 с.
Зимовец Б.А. Экология и мелиорация почв сухостепной зоны. М., 1991. 247 с.
Кац Д.М. Влияние орошения на грунтовые воды. М.: Колос, 1976. 272 с.
Ковда В.А. Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана. М.: Наука,
1981. 182 с.
Козловский Ф.И. Современные естественные и антропогенные процессы эволюции
почв. М.: Наука, 1991. 198 с.
Корнблюм Э.А. Прогноз изменений глинистых минералов почв сухих и пустынных
степей СССР при длительном культуре риса // Проблемы почвоведения. М.: Наука, 1978.
С. 279–284.
Крупеников И.А., Подымов Б.П., Скрябина Э.Е. Влияние орошения на свойства и плодородие почв. Кишинев: Молд.НИИНТИ, 1985. 60 с.
Минашина Н.Г. Мелиорация засоленных почв. М.: Колос, 1978. 269 с .
Николаева С.А., Розов С.Ю., Шеин Е.В. Проблемы прогноза поч¬венно-экологических
последствий орошения черноземов // Почвоводе¬ние. 1995. № 1. С. 115–121.
Орлов Д.С., Аниканова Е.М., Маркин В.А. Особенности органического вещества орошаемых почв // Проблемы ирригации почв юга черноземной зоны. М.: Наука, 1980. С. 35–61.
Панкова Е.И., Айдаров И.П., Ямнова И.А. и др. Природное и антропогенное засоление
почв бассейна Аральского моря М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева РАСХН, 1996. 186 с.
Панов Н.П., Мамонтов В.Г. Почвенные процессы в орошаемых черноземах и каштановых почв и пути предотвращения их деградации. М.: Россельхозакадемия, 2001. 253 с.
Приходько В.Е. Трансформация, деградация и меры восстановления орошаемых почв
// География и природные ресурсы. 2000. № 1. С. 50–58.
Приходько В.Е. Орошаемые почвы степной зоны: функционирование, экология, продуктивность. М.: Изд-во “Интеллект”, 1996, 167 с.
Приходько В.Е., Соколова Т.А. Влияние орошения на глинистый материал темно-каштановых почв Заволжья // Почвоведение. 1988. № 1. С. 62–71.
Розанов Б.Г., Андреев Г.И., Буйлов В.В. и др. Эволюция черноземов при орошении //
Русский чернозем – 100 лет после Докучаева. М.: Наука, 1983. С. 241–252.
Ромащенко М.I., Балюк С.А. Зрошування земель в Украiнi. Стан та шляхи полiпшення.
Киiв: Свiт, 2000. 114 с.
Снакин В.В. и др. Система оценки степени деградации почв. Препринт. Пущино,
1992./ 20 с.
Созинов А.А., Медведев В.В., Булыгин С.Ю. и др. Агроэкологическое картографирова-
340
ние сельскохозяйственных территорий Украины // Материалы IV з’iзду грунтознавцiв i
агрохiмiкiв Украiни. Харкiв, 1994. С. 8–13
Турсина Т.В. Микроморфология естественных и антропогенных почв. Автореф. дис.
докт. с.-х. н. М., 1988. 40 с.
Хитров Н.Б. Генезис, диагностика, свойства и функционирование глинистых набухающих почв Центрального Предкавказья. М., 2003. 505 с.
Чижикова Н.П., Градусов Б.П. Влияние орошения местными водами на химико-минералогический состав высокодисперсной части черноземов Барабы // Бюлл. Почв. ин-та
им.В.В. Докучаева. В. V. М.,1972. С. 117–125.
Шептухов В.Н., Решетина Т.В., Березин П.Н. и др. О совершенствовании оценки процессов деградации почв // Почвоведение. 1997. № 7. C. 799–805.
Экологические требования к орошению почв России: Рекомендации. М. Почв. ин-та
им.В.В. Докучаева, 1996. 72 с.
КОМПЛЕКСНЫЕ ЭКОСИСТЕМНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В БОТАНИЧЕСКОМ САДУ МГУ ИМЕНИ
М.В. ЛОМОНОСОВА
А.В. Раппопорт, к.б.н.
Ботанический сад МГУ имени М.В. Ломоносова
Ботанический сад МГУ входит в состав ведущего учебного заведения России – Московского государственного университета имени
М.В.Ломоносова уже более 200 лет. Изначально Сад был приобретен
как база для изучения ботаники. И он оставался такой базой на протяжении 150 лет. Но при строительстве нового комплекса зданий МГУ
на Воробьевых горах в середине ХХ века была заложена новая территория Ботанического сада, которая должна была стать полевой учебной и научной базой для студентов и научных сотрудников естественнонаучных факультетов МГУ. Исторически наиболее тесные контакты
связывают ботанический сад с ботаническими кафедрами биологического факультета. Но наш Ботанический сад, находящийся фактически в центре города является центром сохранения биоразнообразия и в
Саду должны проводиться не только ботанические, но и комплексные
экосистемные исследования.
В конце 1990-х – начале 2000-х годов автором проводились исследования почв в Ботаническом саду МГУ. Исследовались почвы исторической и новой территорий. Исследования проводились по целому
ряду параметров: морфологическим свойствам, агрохимическим и физическим свойствам, микробиологической активности. Аналогичные
исследования проводились автором в исторических ботанических са341
дах Санкт-Петербурга и Твери, которые находятся в сходных климатических условиях и также расположены в исторической части городов.
Полученные результаты позволили говорить о совершенно особом
пути почвообразования в ботанических садах. Сочетание природоохранного режима, регулярное проведение агротехнических мероприятий, постоянный завоз почвенной фауны на корнях и с грунтами и постоянное антропогенное (урбаногенное) воздействие на протяжении
многих десятилетий и даже столетий приводят к формированию почв,
отличающихся как от природных, так и от почв городских озелененных территорий (общественных парков).
Наиболее интересные результаты были получены в старых ботанических садах, заложенных 300 лет назад (филиал Ботанического
сада МГУ «Аптекарский огород» и Ботанический сад Ботанического
института РАН в Санкт-Петербурге). Оказалось, что за эти 300 лет
уровень дневной поверхности вырос примерно на 1–1,5 метра. При
этом те почвенные горизонты, что были на поверхности 300 лет назад,
сейчас сохранили достаточно высокий уровень плодородия. При этом
они отличаются низким уровнем загрязнения, поскольку перекрывающие их почвенные слои и горизонты защищают от современного антропогенного воздействия и загрязнения. В этих горизонтах обнаружены корни древесных растений (хотя в вышележащих горизонтах они
могут не встречаться), таким образом, эти почвы «через века» питают
современные растения.
В этих погребенных почвенных горизонтах обнаружены микроорганизмы, которые были в этих горизонтах 200–300 лет назад, когда эти
горизонты были поверхностными гумусовыми горизонтами. Это очень
важно! Ведь это означает, что ботанические сады – не только хранители ботанического разнообразия, но и микробиологического. У нас есть
гипотеза, что использование почвенного материала из этих горизонтов
может обогатить современные поверхностные горизонты определенными группами микроорганизмов, которые встречаются в природных
почвах, но которые отсутствуют в городских почвах.
За последние 2–3 года удалось значительно расширить сотрудничество с факультетом почвоведения. Причем эти работы характеризуются значительной широтой интереса и включает: исследование опада
различных древесных пород (местных и интродуцированных), влияние погребенного рельефа на современное почвообразование, исследования микробиологических показателей.
С 2000 по 2010 гг. на факультете почвоведения МГУ было защищено 5 дипломных работ и 2 кандидатские диссертации по разным
направлениям изучения почв Ботанического сада МГУ (морфология,
342
магнитная восприимчивость, химические свойства, биологические
свойства). Последние 2 года в Ботаническом саду летом проводится
практика кафедр факультета почвоведения по микробиологии и почвенной экологии.
Сейчас нашей целью является расширение направлений экосистемных исследований и увязка собственно результатов почвенного
обследования, ботанических и зоологических данных для оценки устойчивости экосистемы Ботанического сада в целом.
С весны 2010 г. в нашем Ботаническом саду возобновились орнитологические исследования. Ранее, в середине 1960-х гг. К.Н. Благосклоновым на территории Сада отмечалось около 100 видов птиц
(гнездящихся или на пролете).
Эти результаты позволяют говорить, что ботанические сады – не
просто территории, на которых содержатся ценные коллекции растений, но и уникальные объекты экосистемы. Это особенно важно в
городах, где значительно снижен уровень биоразнообразия и большое
распространение получают синантропные виды (не только флоры, но
и фауны, в т.ч. микроорганизмов).
Подобный комплексный подход позволяет дополнительно насытить пространство ботанического сада, сделать его многомерным,
когда сохраняются и изучаются не только растения, но и другие элементы экосистемы.
Необходимо рассматривать ботанический сад как своеобразный
многомерный стеллаж, в котором сейчас занята лишь одна полка – это
сбор, сохранение и изучение растений. В то же время существует еще
множество полок и полочек, которые должны быть заполнены, что
придаст больший вес всему ботаническому саду. К таким полочкам
относится всестороннее изучение почв и почвенной биоты, грибов,
лишайников и водорослей, изучение энтомофауны, орнитологические
и зоологические, а также комплексные экосистемные исследования
на территории ботанических садов. Во многих случаях ботанические
сады могут быть единственными возможными площадками в городе
для подобных исследований.
Изучение и сохранение биоразнообразия особенно важно в городах, в которых с одной стороны происходит уничтожение природных
территорий вместе с обитающими на них видами животных, растений,
насекомых и микроорганизмов, а, с другой, – создаются новые экологические ниши, в которых распространяются новые виды, не свойственные этой природно-климатической зоне.
Особым преимуществом в новых направлениях исследований
биоразнообразия обладают университетские ботанические сады, ко343
торые могут привлекать для работы на своей территории разные факультеты и кафедры (например, Ботанический сад МГУ сотрудничает
с 9 структурными подразделениями МГУ). Одновременно эти подразделения могут использовать сад как полевую базу и проводить часть
аудиторных занятий со студентами прямо в саду или проводить часть
летней полевой практики в саду. При этом, очевидно подобное использование территории сада естественнонаучными факультетами, но менее очевидно, хотя и не менее интересно может быть сотрудничество с
гуманитарными факультетами.
Таким образом, университетские ботанические сады должны рассматриваться как многофункциональные полигоны для обучения студентов экосистемному подходу при изучении окружающей среды.
ФОРМИРОВАНИЕ УСТОЙЧИВЫХ ГАЛОГЕННЫХ
ЛАНДШАФТОВ ПРИ РАЗЛИВАХ ПЛАСТОВЫХ ВОД
Т.В. Ронжина, П.П. Кречетов, к.б.н.
Географический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова
Поступление высокоминерализованных пластовых вод приводит к
комплексной трансформации окружающей среды. Происходит частичная или полная гибель растительности. Отмечается снижение продуктивности отдельных видов растений (Bernier, Myers, and Hall, 2002), а
также обеднение видового разнообразия, снижение количества поглощенных элементов и в целом трансформация структуры фоновых биоценозов (Otton, Zielinski, 2002; Keeland, McCoy, Otton, 2004; Bright, Harris,
Meier, 2009).
Происходят изменения в структуре почвенного покрова, формируются техногенные засоленные почвы. Изменяются морфологические свойства почв, отмечается осветление гумусово-аккумулятивного
горизонта, рост плотности нарушенных горизонтов почв (Солнцева,
1981; Габбасова и др., 2007).
Высока и геохимическая трансформация техногенно засоленных
почв. Общие содержания легкорастворимых солей достигают 1,5 %.
Формируются засоленные модификации почв. Отмечается снижение
содержания обменного водорода и алюминия (Солнцева, Садов, 2004).
Значительно влияние разливов пластовых вод на грунтовые воды.
Происходит рост их токсичности, меняется состав с гидрокарбонатнокальциевого на хлоридно-натриевый. Высокая миграционная способность грунтовых вод значительно расширяет зону влияния пластовых
вод (Pettyjohn, 1971).
344
Район исследования располагается в пределах нефтяного месторождения Калининградской области. Климат территории умеренный
морской. Среднее годовое количество осадков 750–800 мм, из них
550–650 мм приходится на испарение. В начале теплого периода года
влаги испаряется больше, чем поступает (Баринова, 2002).
Не загрязненные, фоновые территории покрыты смешанными лесами. Доминантами древостоя являются дуб, береза, осина, липа, клен.
В подросте встречается липа, дуб, ель.
Территория исследования относится к слабо всхолмленным равнинам водораздельной поверхности рек Полянка и Глубокая. Уклоны
поверхности не значительны (1–300).
Фоновые почвы представлены дерново-подзолистыми среднесуглинистыми на карбонатной морене. Они характеризуются слабокислой/нейтральной реакцией среды в верхней части профиля и нейтральной/слабощелочной в нижней. Содержания легкорастворимых
солей не превышают 0,0015 %.
Объекты исследования – территории разливов пластовых вод
2001 и 2003 гг. Площадь разливов не высока и составляет 900 и 300 м2
соответственно.
Растительность ядра ореола загрязнения представлена галофитными видами (торичник солончаковый, марь цельнолистная). По
мере продвижения к краевой части разлива растительность из сорной
галофитной сменяется на злаково-разнотравную с проективным покрытием 50–75 % (в пределах средних линий воздействий). Преобладают вейник, овсяница, кипрей. Редко встречаются тысячелистник, ежа
сборная, бодяк полевой. Проективное покрытие 75–100 %. Высота отдельных видов достигает 100–150 см.
В зоне минимальных нагрузок растительность представлена типичным для данной территории березово-кленово-вязово-осиново-липовым лесом с разреженным травянистым ярусом. В подросте встречаются ель, осина и береза. Проективное покрытие травянистого покрова
не превышает 15 %.
Почвы разлива пластовых вод – техногенно трансформированные
дерново-подзолистые тяжелосуглинистые с 40 см толщей насыпного
грунта. Для них характерно равномерное распределение показателя
pH по всему профилю почв.
Для оценки степени трансформации территории применялся метод площадного опробования. Опробование проводилось по сетке
6 х 6 м. В пределах разлива 2001 г. было отбурено 25 точек, на разливе
2003 г. – 11 и 3 точки между исследуемыми разливами. Бурение проводилось до глубины 110 см. Каждые 10 см отбирались образцы для
345
последующего аналитического исследования. Всего было отобрано
450 образцов.
Для оценки изменения состава и свойств техногенно трансформированных почв проводились химические анализы по определению
состава ППК, содержания легкорастворимых солей, органического углерода и ряда морфологических свойств.
В полевых условиях были измерены pH водный, содержание легкорастворимых солей (TDS), окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) и общая кислотность почв.
Определение обменной кислотности почв проводилось по методу
Соколова. В водной вытяжке определялись концентрации Cl –, HCO3–,
Ca++ и Mg++. В водной вытяжке также определялось содержание ионов
натрия на пламенном фотометре PFP фирмы Jenkis. Содержание органического углерода определялось методом бихроматного окисления
по Тюрину (Воробьева, 1998).
Результаты исследования. На исследуемых участках хорошо
определяются зоны с накоплением легкорастворимых солей в профиле
почвы. Наибольшее содержание загрязняющих веществ приурочено к
ядру ореола разлива. Так в центральной части разлива 2001 г. содержание легкорастворимых солей превышает 1,5 % на глубинах 10–20 см.
Второй исследуемый участок характеризуется чуть меньшими концентрациями солей, но все равно превышающими 1 %. В результате
разливов пластовых вод формируются слабо-, средне- и сильнозасоленные почвы. А в отдельных случаях и техногенные солончаки хлоридно-натриевого типа.
Для почв ядра ореола загрязнения характерно наличие двух максимумов в содержании легкорастворимых солей (на глубинах 10–20 и
40–60 см).
Высокие содержания солей на глубинах 40–60 см приурочены к
погребенному органогенному горизонту. Они определяются первичным
распределением легкорастворимых солей непосредственно после разлива пластовых вод. Наличие второго максимума (в верхней части профиля) связано с подтягиванием солей в летние сезоны. Содержания солей
превышают 1,0 %, достигая 1,4% на глубинах 10–20 см (рис. 1). Однако
значительного рассоления почв с глубиной не отмечается. На глубинах
110–170 см содержание солей превышает 0,7 %, достигая 0,8–1 %.
Наибольше концентрации приурочены к глубинам 10–20 см и
30–50 см. Содержания хлоридов достигают 28–30 ммоль/100 г. Такие
концентрации превышают фон более чем в 200 раз. В площадном рассмотрении зоны максимальных содержаний приурочены к ядру ореола загрязнения. На удалении в 12–24 м концентрации хлоридов резко
346
Рис. 1. Пространственное распределение легкорастворимых солей в
пределах разлива пластовых вод 2001 г.
снижаются и составляют 1–3 ммоль/100 г. В краевых частях разлива
на расстоянии в 30 м от ядра разлива содержание хлоридов достигает
фоновых показателей в 0,15–0,45 ммоль/100 г.
Распределение натрия в почвах разливов пластовых вод аналогично хлорид ионам. В радиальном распределении отмечается 2 максимума (в пределах техногенно насыпной толщи и на глубинах 40–50 см).
Концентрации данного иона велики и достигают в почвах ядра ореола
загрязнения – 30–32 ммоль/100 г.
По мере удаления от ядра ореола загрязнения концентрации загрязняющих веществ снижаются и в пределах краевых частей достигают фоновых показателей.
Поступление пластовых вод хлоридно-кальциево-магниево-натриевого состава также обуславливает рост содержания ионов кальция
и магния в почвах.
В пределах ядра ореола загрязнения происходит накопление кальция на погребенном органогенном горизонте. Содержания кальция
не превышают 10,5 ммоль/100г. при фоновых концентрациях в 0,15–
0,50 ммоль/100 г.
Фоновые содержания магния в дерново-подзолистых почвах составляют 0,18–0,24 ммоль/100 г. Тогда как в техногенно трансформированных почвах концентрации в среднем составляют 2–4 ммоль/100 г,
достигая максимальных значений 7,5–8,5 ммоль/100 г.
Отмечается увеличение доли обменного натрия. Если в фоновых
почвах доля натрия не превышает 2–4 %, то в техногенно трансформированных почвах его доля возрастает до 50 %.
Значительны изменения и в содержании катионов, определяющих
347
почвенную кислотность. В техногенно трансформированных почвах
отмечается снижение обменных водорода и алюминия.
В фоновых не загрязненных почвах содержание обменного
алюминия составляют 2,7 ммоль/100 г в верхней части профиля и
0,2 ммоль/100 г в нижней. Для почв ядра ореола загрязнения характерны минимальные содержания обменного алюминия по всему профилю. Концентрации в 10 и более раз ниже фоновых и не превышают
0,1 ммоль/100 г.
По содержанию обменного алюминия довольно четко выделяется
зона влияния пластовых вод (рис. 2).
В фоновых почвах концентрации водорода достигают
0,56 ммоль/100 г в верхней части профиля и 0,02–0,04 ммоль/100 г. в
нижней. А в техногенных почвах отмечается снижение концентрации
обменного водорода. Содержания обменного водорода колеблются от
0,14 в верхних горизонтах до 0,23 ммоль/100 г в горизонте Bg.
Поступление пластовых вод приводит к изменению в pH. Техногенно трансформированные дерново-подзолистые почвы характеризуются
нейтральной/слабощелочной средой по всему профилю. Четко выделяются зоны, подверженные наибольшему влиянию пластовых вод, которые занимают примерно 45–50 % площади всего разлива (рис 3). Значения pH в пределах данного ореола составляют 7–7,5 единиц.
В фоновых почвах содержания CaCO3 в верхней части профиля
составляют 0,08–0,1 % достигая 10–14 % в нижней части профиля.
Поступление пластовых вод приводит к выравниванию в содержании
карбоната кальция по профилю. В техногенно трансформированных
Рис. 2. Распределение обменного алюминия в пределах разлива
пластовых вод 2001 г.
348
Рис. 3. Распределение pH в пределах разливов пластовых вод 2001 г.
дерново-подзолистых почвах концентрации не превышают 2 %.
Таким образом, поступление пластовых вод приводит к комплексному изменению геохимических свойств почв. Отмечается рост
содержания легкорастворимых солей до 1,4 %. Происходят изменения в составе водорастворимых солей. Возрастает доля натрия (до
28 ммоль/100 г) и хлора до 30 ммоль/100 г. Снижается содержание обменного водорода и алюминия. Изменяется реакция среды.
Геохимическая трансформация почвенных растворов приводит к
изменению в составе грунтовых вод. Отмечается рост минерализации
с 400 мг/л до 16 г/л. Тип грунтовых вод сменяется с гидрокарбонатнокальциевого на хлоридно-натриевый. Высокоминерализованные грунтовые воды в свою очередь оказывают влияние на почвы. В результате
капиллярного поднятия формируются зоны аккумуляции солей на
глубинах 80–90 см. Таким образом, можно говорить о возможном увеличении зоны влияния пластовых вод за пределы техногенно трансформированных почв.
На исследуемых участках растительность ядра ореола загрязнения
представлена солеустойчивыми видами (марь цельнолистная, торичник солончаковый). Проективное покрытие – около 15–20 % (рис 4).
Высота видов не превышает 10 см.
С удалением от ядра ореола загрязнения меняется качественный
и количественный состав растительных ассоциаций. К зоне сильно и
среднезасоленных почв приурочены полевицо-бескильницево-торичниковая и сорнотравно-бескильницево-полевицевая ассоциации. Высота видов 30–35 см.
В пределах средних линий разлива в травянистых ассоциациях
349
Рис. 4 Растительность ядра ореола загрязнения (галофитные виды)
разлив 2001 г.
преобладают ромашка, вейник, овсяница, кипрей. Проективное покрытие 75–100 %. Высота растительности достигает 100–150 см.
В первые годы исследований краевая часть разлива была представлена угнетенной суховершинной и погибшей древесной растительностью. Высота деревьев 4–6 м. Встречались обломки веток и порубочные
остатки погибших лип, осин. Травянистый покров был представлен
пионерной овсяницево-вейниково-кипрейной ассоциацией с высотой
видов около 70–100 см.
Однако в последние годы доля угнетенных суховершинных деревьев снизилась. Краевая часть разлива, как и средняя часть разлива, представлена овсяницево-вейниково-ромашково-кипрейной ассоциацией.
Зоне минимальных нагрузок соответствует зона произрастания
типичных для данной территории березово-кленово-вязово-осиноволиповых лесов с разреженным травянистым ярусом. В подросте встречаются ель, осина и береза. Проективное покрытие травянистого покрова не более 15 %.
Поступление высокоминерализованных вод приводит к усложнению структуры растительного покрова. Для ядра ореола загрязнения
характерна галофитная марьево-торичниковая ассоциация. В пределах
линии сильнозасоленных почв произрастает торичник солончаковый,
полевица и бескильница. Средняя часть разлива представлена овсяницево-вейниково-ромашково-кипрейной ассоциацией.
Также происходят изменения в структуре почвенного покрова исследуемых территорий. Почвы ядра ореола загрязнения определяются
как очень сильно засоленные почвы (общее содержание легкорастворимых солей >0,65 %). Сильнозасоленные типы почв располагаются в
непосредственной близости к линии ядра ореола загрязнения. Средне350
засоленные почвы приурочены к средним частям разливов и занимают примерно 10–15 % площади разлива. Для краевых линий разливов
характерно формирование слабо и незасоленных почв.
Почвы линий сильных трансформаций определяются как дерновые
среднемощные сильнозасоленные на техногенных наносах по погребенной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве на карбонатной
морене. В пределах средних линий разлива формируются дерново-подзолистые среднемощные среднезасоленные среднесуглинистые почвы
на карбонатной морене. Для зоны слабого засоления в пределах разлива
2001 г. характерны дерново-подзолистые среднемощные слабозасоленные среднесуглинистые почвы на карбонатной морене.
В структуре почвенного покрова разлива 2003 г. формируются
слабозасоленные дерново-глеевые почвы среднесуглинистые на карбонатной морене. Краевые части разливов представлены дерново-подзолистыми среднесуглинистыми почвами на карбонатной морене.
Поступление пластовых вод приводит к усложнению структуры
почвенного покрова. Формируются различные техногенные модификации засоленных и осолонцованных дерново-подзолистых, дерновых
и дерново-глеевых почв.
Таким образом, поступление пластовых вод приводит к трансформации почвенного покрова, грунтовых вод и растительности.
Фоновые территории исследования характеризуются однородной
структурой элементарных ландшафтов.
В пределах автономных позиций формируется вязово-кленово-осиново-липовый, на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах на
карбонатной морене ландшафт. По реакции среды – кислый в верхней
части профиля и щелочной в нижней, с переменными окислительно-восстановительными условиями. Фоновые элементарные ландшафты не засолены. Преобладающие элементы водной миграции H–HCO3–Ca.
Для ложбин стока характерно развитие кленово-осиново-липового на дерново-глеевых среднесуглинистых на карбонатной морене
почвах H–Ca–Fe типа элементарного ландшафта.
В пределах разлива 2001 г. формируется 6 типов элементарных
ландшафтов (рис. 5). Ядру ореола загрязнения соответствует марьевоторичниковый элементарный ландшафт на солончаке, сформированном на наносах по погребенной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве на карбонатной морене. По высоте вскипания и количеству
карбонатов вновь сформированный элементарный ландшафт относится к типу высококарбонатных со слабым содержанием карбонатов.
Окислительно-восстановительный режим переменный, а реакция среды нейтральная по всему профилю. Происходит смена преобладаю351
Рис. 5. Структура элементарных ландшафтов в пределах разливов
пластовых вод 2001 и 2003 гг.
щих элементов в ландшафте с гидрокарбонатно-кальциевого типа на
хлоридно-кальциево-натриевый.
Соседствующий с крайне засоленными элементарными ландшафтами – тип ландшафта с сорной растительностью и дерновыми среднемощными почвами, сформированными на техногенных наносах по
погребенной дерново-подзолистой почве (см. рис. 5). Данный элементарный ландшафт также характеризуется наличием карбонатов с поверхности и нейтральной реакцией среды по всему профилю почвы.
По мере продвижения к краевой части разлива элементарные ландшафты из сильно засоленных сменяются на средне- и слабозасоленные. Слабозасоленные ландшафты формируются в пределах краевых
частей разлива на дерновых среднемощных почвах на техногенных на352
носах по погребенной дерново-подзолистой среднесуглинистой почве.
Растительность представлена полевицево-бескильницево-вейниковой
ассоциацией с проективным покрытием около 25–50 %.
Довольно сложная структура элементарных ландшафтов характерна для разлива 2003 г.; происходит формирование 8 новых типов
элементарных ландшафтов. Центральная часть ореола воздействия
представлена солончаковыми элементарными ландшафтами.
Для транс-элювиально-аккумулятивных супераквальных ландшафтов краевой части разлива характерно наличие осоково-тростниково-рогозного луга с дерново-глеевыми среднесуглинистыми
почвами на карбонатной морене. Сильнозасоленная модификация
данного элементарного ландшафта формируется в пределах зоны влияния пластовых вод.
Средне и слабозасоленные элементарные ландшафты формируются на дерновых среднемощных на наносах по погребенной дерново-подзолистой среднесуглинистой на карбонатной морене почвах, а
также на дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах. Растительность данных элементарных ландшафтов разнотравно-злаковая с преобладанием овсяницы, вейника, кипрея.
Таким образом, изначально однородная по структуре территория
под влиянием аварийных разливов высокоминерализованных вод
приобретает сложную структуру и характеризуется высокой комплексностью элементарных ландшафтов. Формируются галогенные устойчивые в гумидной зоне ландшафты.
Литература
Баринова Г.М. Калининградская область: Климат. Калининград: Янтарный сказ,
2002. 196 с.
Габбасова И.М., Сулейманов Р.Р. Хакимов В.Ю., Ситдиков Р.Н. Трансформация серых лесных почв при техногенном засолении и осолонцевании в процессе их рекультивации в нефтедобывающих районах Южного Приуралья // Почвоведение. 2007. № 9.
С. 1120–1128.
Солнцева Н.П. Геохимическая трансформация почв южной тайги под воздействием
техногенных потоков (на примере нефтедобычи): Автореф. дис… канд. геогр. наук. М., 1981.
Солнцева Н.П., Садов А.П. Техногенный галогенез в районах добычи углеводородного сырья и эволюция солевых ореолов // География, общество, окружающая среда.
Том IV: Природно-антропогенные процессы и экологический риск. М.: Городец, 2004.
С. 427–448.
Bernier R., Myers J., and Hall J. Re-vegetation of brine damaged soil: a soil rebuilding
approach // Proceedings of the 9th International Petroleum Environmental Conference
(October 22–25, 2002). Tulsa (Oklahoma): The University of Tulsa Division of Continuing
353
Education and the Integrated Petroleum Environmental Consortium (IPEC), 2002. 12 p.
Bright D., Harris C., Meier M. Development of Assessment and Remediation Approaches
for Saline Water Releases to Canadian Boreal Peatlands Environments: 2008 Progress
Report // PTAC Soil and Groundwater Forum. 2009. 21 p.
Keeland B.D., McCoy J.W., Otton J.K. Effects of produced water and hydrocarbon
releases on vegetation at site A of the Osage-Skiatook petroleum environmental research
project. Osage County (Oklahoma), 2004.
Otton J.K., and Zielinski R.A. Produced water and hydrocarbon releases at the OsageSkiatook petroleum environmental research sites, Osage County, Oklahoma: Introduction
and geologic setting // Proceedings of the 9th International Petroleum Environmental
Conference (October 22–25, 2002). Tulsa (Oklahoma): The University of Tulsa Division of
Continuing Education and the Integrated Petroleum Environmental Consortium (IPEC),
2002. 39 p.
Pettyjohn W.A. Water pollution by oil-field brines and related industrial wastes in
Ohio // The Ohio Journal of Science. 1971. V.71 (5). Pp 257–269.
РОЛЬ ПРОГРЕССИВНОЙ ЭВОЛЮЦИИ В РАЗВИТИИ И
УСТОЙЧИВОСТИ БИОСФЕРЫ
И.И. Свентицкий, д.т.н., профессор, А.М. Башилов, д.т.н., профессор,
В.А. Королев, к.т.н.
Всероссийский НИИ электрификации сельского хозяйства
Россельхозакадемии
В.А. Мудрик, к.т.н., с.н.с.
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино
Почвы, экосистемы, биосфера в целом все это – продукт прогрессивной эволюции самоорганизующейся природы. Решить проблему
количественной оценки их устойчивости и выявить естественную общую направленность их развития, очевидно, можно на основе учета
свойств прогрессивной эволюции, ее глобального детерминизма. Устойчивое развитие человеческого общества гармонично с развитием
остальной части природы вполне возможно при ограничении негативной антропогенной нагрузки на остальную природу до определенного, допустимого значения. При этом в историческом (эволюционном)
развитии человеческого общества должны соблюдаться свойства, характерные для прогрессивной эволюции остальной части самоорганизующейся природы.
Быстрое развитие научно-технического прогресса в последние
два столетия и сравнительно успешное развитие физико-химических
и математических знаний сглаживают остро-ту существующих в них
проблем. Например, до настоящего времени официально надежно не
354
решена проблема опасения «тепловой смерти» Земли и Вселенной,
возникшая во второй половине ХIХ столетия в связи с обоснованием
второго начала термодинамики (ВНТ) и величины энтропии. По выражению Р. Фейнмана (1968, с. 31): «Наши физические законы, законы
физики – множество частей и обрывков, плохо сочетающихся друг с
другом. Физика еще не превратилась в единую конструкцию, где каждая часть на своем месте. Пока мы имеем множество деталей, которые
трудно пригнать друг к другу».
До сих пор существует (Пригожин, 2002) «вопиющее противоречие» между физической теорией эволюцией природы по ВНТ и теориями биологической эволюции (дарвиновской, синтетической). По
ВНТ, в соответствии с определением энтропии, эволюция имеет общую
направленность к разрушению структур, деградации энергии, непрерывному и по-всеместному росту энтропии. По теории биологической
эволюции живая природа развивается в диаметрально противоположном направлении – к совершенствованию и созданию новых структур
и функций организмов и их сообществ, накоплению в них свободной
(работоспособной) энергии. Сущность ВНТ не согласуется с динамикой иных основных разделов физики.
Изучая и обобщая вклад российских ученых (В.И. Вернадского, В.В. Докучаева, В.В. Тимофеева-Рессовского, К.А. Тимирязева,
В.А. Ковды, А.Н. Тюрюканова) в решение проблемы устойчивости и
развития экосистем и биосферы, нам удалось выявить, что решение
этой проблемы возможно только после устранения противоречия между физическим и био-логическим определениями эволюции. Для этого
были обоснованы на аксиоматической основе и эволюционной (постнеклассической) парадигме следующие исходные общие теоретические положения: закон выживания (ЗВ), сущность которого противоположна сущности ВНТ; принцип энергетической экстремальности
самоорганизации и прогрессивной эволюции (ПЭЭС и ПЭ), который
логически, концептуально в виде зеркальной динамической симметрии
образуют ЗВ и ВНТ (рис. 1). Аксиомой ЗВ, ВНТ, ПЭЭС и ПЭ принято
явление «жизнь-смерть» или «самоорганизация–хаос» – периодическое прохождение материи (вещества, энергии) через два принципиально различных состояния, самоорганизованное и хаотическое. Важным
результатом этой периодической смены состояний материи является
прогрессивная эволюция, которую направляет ЗВ. Самоорганизованные системы функционируют в соответствии с ЗВ.
Истинная основная роль ВНТ, как несамостоятельного природного закона – утилизация вышедших из самоорганизованного состояния
систем, превращение их материи в хаоти-ческое состояние. Попытки
355
Рис. 1. Логическая схема связи ЗВ, ВНТ, ПЭЭС и ПЭ с аксиомой,
феноменальными физико-химическими принципами и теоремами
физики
распространить приложение ВНТ к самоорганизующимся природным
системам обусловили появление проблем науки, которые не разрешались более сто-летия. Выявлено, что феноменальные принципы (Ферма, наименьшего действия, Ле Шателье), использованные в качестве
исходных положения в современных физико-химических теориях, не
согласуются по своей основной сущности с сущностью ВНТ. Сущность
феноменальных принципов объясняет и логически концептуально их
объединяет ЗВ (Свентицкий, 2007).
На основе анализа, с использованием эволюционной парадигмы, ЗВ, ПЭЭС и ПЭ, удалось выявить пять идеальных свойств прогрессивной эволюции самоорганизуюшейся природы – общую самопроизвольную ее устремленность к экономности: энергетической,
вещественной и информационной. Следствием этой устремленности
является гармония и красота самоорганизующихся (самоорганизованных) природных систем. По мере усложнения эволюционирующей
системы процесс ее эволюции ускоряется (рис. 2) (Свентицкий, 2007).
Реальность этих свойств подтверждают как теоретические, так и экспериментальные исследования.
Рассмотрим кратко эмпирическое доказательство свойства ускорения процесса эволюции по мере усложнения эволюционирующей
356
Рис.2. Логическая схема идеальных свойств прогрессивной эволюции
системы. Это свойство прогрессивной эволюции было выявлено математическим расчетом скорости эволюции, исходя из положений дарвиновской эволюции (появление случайных положительных мутаций и
их естественный отбор) на основе теории вероятности (Тарасов, 1979).
Согласно этому расчету, в соответствии с размерами поверхности планеты Земля и временным интервалом ее существования в настоящее
время на ней могли появиться только микроорганизмы.
Расчетная скорость эволюции по дарвиновской теории оказалась
на несколько порядков (7–8) медленнее, чем реальная скорость биологической эволюции. Это явление рассматривается как одна из важных
проблем биологической эволюции. Экспериментальными исследованиями в настоящее время установлены полные геномы отдельных
организмов, например, геномы человека и мыши. В геноме мыши только один процент структур отличается от структур генома человека, а
в геноме человека примерно десять процентов структур отличаются
357
от структур генома мыши. Из этих эмпирических данных следует, что
со времени разделения генетических ветвей человека и мыши образование структур в геноме человека ускорилось примерно в десять раз
по сравнению со скоростью развития структур генома мыши. До настоящего времени принято считать, что общепризнанно корректно не
решена проблема опасения «тепловой смерти» Земли и Вселенной,
обусловленная повсеместным и непрерывным ростом энтропии в соответствии с ВНТ. В противовес процессу непрерывного роста энтропии существует энергетический процесс живой природы – фотосинтез
растений. Благодаря ему на поверхности Земли ежегодно образуется
более ста млрд т органического вещества. Примерно половина – в морях и океанах и столько же – на суше. В этой биомассе накоплено около 3х1021 Дж свободной энергии, которая примерно на порядок больше
всей техногенной энергии, производимой за год на Земле.
Подобные энергетические процессы (инверсии) происходят не
только в живой природе, но и в физико-химических самоорганизующихся системах. В табл. 1 приведены результаты анализа основных
исследований по обоснованию энергоинверсионных процессов в самоорганизующихся системах. Обращено внимание на следующие особенности: 1) иерархический уровень организации объектов, с использованием которых проводится доказательство; 2) используемый метод
доказательства; 3) форма выражения результатов доказательства (закономерность, закон, принцип и т.п.); 4) отношение или связь результатов доказательства с ВНТ.
Наиболее убедительное доказательство энергоинверсионных процессов в физико-химических природных системах содержится в недавней
публикации И.М.Белозерова (2008). Доказано, что этот процесс происходит как на уровне микрочастиц (в нейтронно-протонных взаимодействиях), так и в гравитационных взаимодействиях космических объектов.
К сожалению, в этой обширной работе не сделана попытка обосновать
общий принцип и закон, отображающий энергоинверсионный процесс
в физико-химических самоорганизующихся системах от микрочастиц и
протовещества до космических объектов. В этой концептуальной работе
и трех отзывах на нее даже не упоминаются ВНТ и энтропия. Очевидно,
не случайно – из опасений быть причисленными к «лжеученым».
В работе (Косарев, 2007) на основе анализа (с учетом динамики эволюции) теплотехнических процессов в технологиях и технике сделан вывод о том, что создатели неравновесной термодинамики
«… устремили развитие теплотехники на 1,5 столетия по тупиковой
ветви технической эволюции». Автор признает «двойственную природу второго начала», но, исходя из динамики эволюции, пытается
358
Таблица 1. Результаты анализа основных доказательств
энергоинверсионных процессов, проти-воположных повсеместному
непрерывному росту энтропии по ВНТ
Автор
Иерархический уровень
объектов
обоснования
Метод
доказательства
Форма выражения
(принципы, закон
и т.п.)
Отношение к ВНТ
Пригожин,
2002
Для всех иерархических
уровней
Логико-математический
Принцип минимизации удельного
производства энтропии
Совместимость
ВНТ с самоорганизацией
Хакен,
1980
Для всех иерархических
уровней
Логико-математический
Принцип подчинения синергетики
Совместимость
ВНТ с самоорганизацией
Эиген,
1973
Молекулярный, эволюционный
Логико-математический
Молекулярная самоорганизация
Совместимость
ВНТ с самоорганизацией
Руденко,
1969
Элементарные химические каталитические
процессы
Эволюционно-эмпирический
Самоорганизация из
хаоса
Совместимость
ВНТ с самоорганизацией
Свентицкий,
2007;
Скребков и др.,
2009
Макро уровень живой
природы, все
иерархические уровни
природы
Аксиоматический,
эволюционный
Аксиома «жизньсмерть», ЗВ, ПЭЭС
и ПЭ
ВНТ логически,
кон-цептуально
объедине-но с ЗВ в
ПЭЭС и ПЭ
Белозеров,
2008
Микрочастицы и
космические
объекты
Логикоаналитический
Энергоинверсионные процессы происходят благодаря
протон-нейтронным
взаимодействия и
гравитационному
коллапсу
Отношение к ВНТ
не выражено
Косарев,
2007
Теплоэнергетические
процессы в
технологиях
и технике
Аналитический, экспериментальный
с учетом
ди-намики
эволюции
Создатели термодинамики «…
устремили развитие
теплотехники на 1,5
столетия по тупиковой ветви технической эволюции»
Признана двойственная природа
ВНТ. Методы
динамики эволюции позволяют выявить необходимые и достаточные
условия реализации энергоинверсии
Эбелинг,
Файстель,
1982
Для всех иерархических
уровней
Физикоматематический,
эволюционный
Взаимно связанные
положения физики
самоорганизации и
эволюции самоорганизующихся систем
Совместимость
ВНТ с процессами
самоорганизации
359
Фролов,
1996
Для симметричных
замкнутых
циклов и
физи-ческого
вакуума
Физикоматематиче-ский
Получение энергоинверсионных процессов размыканием
круговых циклов
Ограниченность
ВНТ, как самостоятельного закона
Гладышев,
1969
Живые системы
Физикоматематический,
эволюционный
ВНТ обусловливает возникновение
живых существ.
Причина – ошибочная смена знака у
ВНТ на противоположный
Ошибочное
приписывание
ВНТ зарождения
живых существ
из-за случайной
замены знака на
противоположный
при математическом анализе,
что тождественно
переходу от ВНТ
к ЗВ
выявить условие практического использования процессов энергоинверсии.
В работах (Пригожин, 2002; Свентицкий, 2007; Хакен, 1980; Эйген, 1973; Руденко, 1969) на основе самоорганизационного анализа с
учетом закономерностей динамики эволю-ции сформированы принципы, ограничивающие приложение ВНТ только к равновесным (не
самоорганизующимся) системам. Только в работе (Свентицкий, 2007;
Стребков и др., 2009) на основе выявленной аксиомы, обоснован ЗВ,
сущность которого противоположна сущности ВНТ, и доказано существование общего естественнонаучного принципа (ПЭЭС и ПЭ), который логически концептуально объединяет ЗВ и ВНТ в виде зеркальной динамической симметрии. Показано, что энергоинверсионные
процессы осуществляются в соответствии с ЗВ, которым направляется
прогрессивная эволюция.
А.В. Фроловым (1996) анализом природных замкнутых симметричных циклов и процессов в вакууме доказана возможность инверсии
энергии «размыканием круговых симмет-ричных циклов» и показана
ограниченность ВНТ приложением его только к равновесным системам.
Физико-математическим анализом эволюции живых систем на основе
ВНТ сделан вывод, что на основе ВНТ можно объяснить эволюцию живых организмов (Гладышев, 1969). При тщательном рассмотрении этой
работы было выявлено, что этот ошибочный вывод был обусловлен случайной (незамеченной) сменой в анализе знака на противоположный. В
связи с противоположной сущность ВНТ и ЗВ случайная смена знака на
противоположный, например, при анализе с ВНТ равноценна переходу от
ВНТ к ЗВ. Показано (Стребков и др., 2009), что ЗВ, ПЭЭС и ПЭ согласуются с имманентным законом оборачивания метода, который обосновал
360
К. Маркс на основе анализа развития дифференциального исчисления.
Сущность этого закона в том, что в арифметике и алгебре справедливы
законы арифметических операций, но в дифференциальном исчислении
свои закономерности операций, а арифметические уже не пригодны. Для
обоснования ЗВ, ПЭЭС и ПЭ, а также исходной для них аксиомы использовали эволюционную (постнеклассическую) парадигму, в которой
учитывают эволюционный детерминизм и не только научные данные, но
также религию и культуру в целом.
Религия одна из древнейших отраслей знаний, ее влияние на культуру в целом очень велико. Рассматривая древнейшие отрасли знаний по
исходным положениям их основания и устойчивости их развития, сделан вывод (Свентицкий, 2007; Стребков и др., 2009), что наиболее успешно и устойчиво развиваются математика и религия. Математика – самая
теорети-зированная отрасль знаний. Религию нередко называют «антинаучной». Учения основных религий мира содержат общее утверждение:
Бог сотворил мир целесообразным, рациональ-ным. Древнегреческие
ученые, разрабатывая математику, считали, что мир устроен рационально, целесообразно и, следуя математическим зависимостям, его можно
описать. Общность этих целеполагающих, очевидно, исходных положений религии и математики не вызывает сомнений.
Создатели религиозных учений и математики, исходя из этого,
как бы заложили опыт тысячелетний, взяв в качестве исходного положения религии и математики телеологический (целеполагающий)
принцип о рациональном, целесообразном устройстве самоорганизующейся природы. Выявленные нами ЗВ, ПЭЭС и ПЭ согласуются с
этим принципом. Назначение теологических учений – убеждение в
необходимости религиозной веры. Наиболее важными в них считают
символы веры. Чем убедительнее они обоснованы, тем более привлекательна религия. В то же время религиозные учения статичны, их не
требуется развивать, в них надо только верить. Долговечность и привлекательность религиозного учения, очевидно, определяется убедительностью и важностью символа веры.
Центральным символом веры в христианстве является Пресвятая
Троица. Его принятие было связано с борьбой различных богословских воззрений. Первоначально этот символ веры был принят на I Вселенском Соборе в 325 г. Повторно с «расширениями и дополнениями»
на II Вселенском Соборе (Никео-Цареградском) в 381 г. Этот символ
– триединство Бога до сих пор вызывает затруднение в его понимании.
Пресвятая Троица – Бог Отец, Бог Сын и Бог Дух Святой. Каждый
верующий выбирает того, кто ближе к нему. Принято считать, что для
людей с абстрактным мышлением ближе Бог Дух Святой. Для боль361
шинства простых людей более доступен по их представлению Сын
Божий – Иисус Христос. Иеговисты предпочитают Бога Отца – Иегову. Святая Троица представляется важнейшей составляющей теории
христианской церкви. Тысячелетний опыт ее существования показывает, что эта теория надежно работает, но триединство Святой Троицы
вызывала множество недоумений, сомнений и появление ересей.
Академик Б.В. Раушенбах (1993) опубликовал работу, в которой
рассматривает с позиции науки сущность триединства Святой Троицы.
Он считает, что «В учении о Троице отцы Церкви дали догматически безупречное решение стоявшей перед ними проблемы одновременности в
Боге и монады, и триады»; свойства Троицы разделены на логические
(триединство, единосущность, нераздельность, соприсущность, специфичность, взаимодействие) и внелогические. Показано, что пять перечисленных логических свойств изоморфны математическому объекту
– трем составляющим вектора в ортогональных координатах. Свойство
взаимодействие в связи с его нестатичностью логически принципиально
сложно согласовать со свойством математического вектора. Автор признает принципиальную изоморфность логических свойств святой Троицы и вектора с его тремя ортогональными составляющими.
Нами проведен научный анализ на изоморфность логических
свойств Святой Троицы и аналогичных свойств ЗВ, ВНТ, ПЭЭС и
ПЭ. Доказательство изоморфности в этом случае существенно проще
и надежнее. Есть основание считать, что в Святой Троице отображен
принцип подобный ПЭЭС и ПЭ, но приспособлен к статическому выражению. Аналоги в этих триединых системах следующие: Бог Отец
– ЗВ, Бог Сын – ВНТ, Бог Дух Святой – ПЭЭС и ПЭ.
Все, что содержит планета, Земля возникло из протоматерии благодаря энергоинвер-сионным процессам и прогрессивной эволюции в
соответствии с ПЭЭС и ПЭ. Научные достижения древнегреческих мыслителей до сих пор не познаны и не используются. Например, до сих пор
не осознана «идеалистическая» холонная концепция Платона. Сущность
открытого более ста лет назад кванта действия (постоянная Планка) до
сих пор общепризнанно не понята, не осознана и сущность величины
«действия» по принципу наименьшего действия, а также роль прогрессивной эволюции в формировании и устойчивости биосферы, экосистем
и почв. Связь холонной концепции Платона с теорией эволюции впервые отметил А.А. Любищев (1997). Исходя из этой связи, неразделимые
идеальные свойства прогрессивной эволюции представляются холоном
высшего уровня самоорганизующейся природы. Холон самого низкого
иерархического уровня – квант действия (см. рис. 2). Принимая во внимание приведенные положения и используя эксэргетический анализ био362
преобразований энергии, можно определить допустимые антропогенные
нагрузки на экосистемы и биосферу.
Литература
Белозеров И.М. Природа глазами физика (Р+e↔n±Э) // Альтернативная энергетика и экология. 2008. №12 (68). C. 8–54.
Гладышев Г.П. Термодинамическая теория эволюции живых существ. М.: Луч, 1969.
Косарев А.В. Теоретические основы энергоинверсионных циклов. 2007 (http://
invur.ru/index. php?page=proj&cat=neob&doc=teor_osnov2).
Любищев А.А. Линии Демокрита и Платона в истории культуры. М.: Электрика, 1997.
Пригожин И. От существующего к возникающему. Время и сложность в физических науках. М.: УРСС, 2002.
Раушенбах Б.В. Логика троичности // Вопросы философии. 1993. №3. С. 63–70.
Руденко А.П. Теория саморазвития открытых каталитических систем. М.: Наука, 1969.
Свентицкий И.И. Энергосбережение в АПК и энергетическая экстремальность
само-организации. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2007.
Стребков Д.С., Свентицкий И.И., Некрасов А.И., Алхазова Е.О. «Оборачивание
метода» в энергетике и физике // Наука: От методологии к онтологии. М.: Институт
философии РАН, 2009. С. 98–119.
Тарасов Е.К. Физические аспекты проблемы биологической эволюции. М.: Издво теор. и экспер. Физики, 1979.
Фейнман Р. Характер физических знаний. М.,1968.
Фролов А.В. Свободная энергия // Международная конференция «Новые идеи в
есте-ствознании». Санкт-Петербург,1996.
Хакен Г. Синергетика. М.: Мир, 1980.
Эбелинг В., Файстель Р. Физика самоорганизации и эволюции. Берлин: Академия
ферлаг, 1982.
Эйген М. Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул.
М.: Мир, 1973.
АНАЛИЗ ФАКТОРОВ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ
РАДИОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ В ФОРМИРОВАНИИ
ЗУБО-ЧЕЛЮСТНЫХ АНОМАЛИЙ У НАСЕЛЕНИЯ,
ПРОЖИВАЮЩЕГО В ЗОНЕ РАДИАЦИОННОГО
ЗАГРЯЗНЕНИЯ
А.В. Севбитов, д.м.н., профессор
Первый Московский государственный медицинский университет имени
И.М. Сеченова
Анатолий Никифорович Тюрюканов… Очень сложно говорить об
этом человеке, личности крупного масштаба, в котором сочетались, на
первый взгляд, простая крестьянская внешность и поразительно цеп363
кий ум. В разговоре он не прятался за «ученые слова и научные термины», не пытался казаться быть важным. Он вещал на языке понятном
и рабочему и простому врачу. Говорил просто и ясно. И мне казалось,
что я стою на берегу Волги, этой Великой русской реки, и слышу не слова Анатолия Никифоровича, а плеск воды, крики чаек, гудки кораблей.
Наша первая встреча с Анатолием Никифоровича, наше знакомство, произошло в то время, когда я, будучи аспирантом, начал заниматься научной работой. Мне очень хотелось осветить чернобыльскую
тему, т.к. моя малая Родина была накрыта чернобыльским облаком, я
сам, во время прохождения срочной службы, принимал участие в ликвидации последствий на Чернобыльской АЭС в 1986 г.
В тот момент существовали только единичные работы, посвященные изучению стоматологического статуса населения регионов
Чернобыля. Многие мои коллеги высказывали мнение, что это неподъемная тема, очень сложная в разработке и анализе. Но тогда меня очень
вдохновил академик Анатолий Никифорович Тюрюканов, почвовед, эколог и ученик Н.В. Тимофеева-Ресовского. Он, как никто другой, четко
сформулировал актуальность и необходимость всестороннего исследования последствий чернобыльской катастрофы. Анатолий Никифорович сказал тогда: «В 20 веке войны велись за нефть, а недалеко то будущее, когда война пойдет за чистую воду!» Также он подчеркивал, что
чернобыльская катастрофа положила начало новой географии России,
где на карте будут не только административные единицы, но и зоны
экологических проблем.
Фактически, Анатолий Никифорович открыл новое направление
в стоматологии, был прародителем новой школы «Влияние малых доз
радиации на стоматологический статус населения РФ», так как я и
мои коллеги защитили 5 кандидатских диссертаций и 1 докторскую. И в
настоящее время идет подготовка еще 1 кандидатской и 1 докторской
диссертации по этой тематики.
Спектр радионуклидов, присутствовавших в окружающей среде,
во время прохождения облака выбросов из реактора 4 энергоблока
ЧАЭС, был огромен, и, учитывая, что в этот момент активно происходили ядерные реакции, не подлежит точной категоризации. Однако
были выделены основные радионуклиды, оказавшие патогенное воздействие на состояние здоровья населения, и среди них необходимо
отметить радиойод, вызывающий поражения щитовидной железы,
и долгоживущие изотопы цезия и стронция (Доклад НКДАР ООН,
1992; Научный отчет ВОЗ, 1996).
Степень медико-социальной обеспеченности исследуемых групп
364
напрямую связана с состоянием их здоровья. В работах многих авторов описано увеличение заболеваемости в регионах, где отмечается
снижение социальных показателей и уровня доступности и качества
медицинской помощи (Балева, 1996; Балева, Царегородцев, 2001; Белоокая и др., 2002). В настоящее время разработанные программы реабилитации лиц, подвергшихся радиационному воздействию, в силу
ряда экономических причин реализуются не полностью, не хватает
средств на совершенствование специфической медицинской помощи
пострадавшим, что влечет за собой постоянное ухудшение состояния
их здоровья (Елизарова, Скатова, 2003). Также следует отметить напряженную экономическую ситуацию в радиационно-загрязненных
регионах, где происходит сокращение числа трудоспособного населения за счет повышения заболеваемости. Причем в данных регионах
традиционно большую роль в экономике играло сельское хозяйство,
однако, вследствие радиационной контаминации производимых продуктов, эта статья доходов практически отсутствует.
Особый интерес представляет фактор индивидуальной радиочувствительности. Этот термин был предложен в работах многих авторов
для описания феномена различной тяжести клинических проявлений,
тождественного радиационного воздействия у людей, его получивших
(Вельтищев, 1991; Тегако и др., 1996). Было установлено, что доминирующим показателем, определяющим степень индивидуальной радиочувствительности является возраст человека на момент получения дозовой нагрузки. В отдаленные сроки после аварии на ЧАЭС большое
значение приобретает радиационное воздействие на организм родителей. У детей, родившихся и проживающих в радиационно-загрязненных регионах, необходимо учитывать повреждающее действие ионизирующего излучения на репродуктивную систему их родителей.
Также важным представляются сроки проживания в регионах с
радиационным загрязнением почв, так как на настоящий момент облучение населения радиационно-загрязненных регионов происходит
путем инкорпорирования 137Cs, который поступает в организм из материалов окружающей среды и накапливается в тканях.
Как уже было описано выше, тяжесть клинических последствий
радиационного воздействия зависят от совокупности как средовых,
так и индивидуальных факторов.
Несомненное воздействие на состояние здоровья населения оказывает степень загрязнения почв радионуклидами. В дальнейшем сравнительном анализе будет установлена взаимосвязь данного фактора со
степенью распространенности аномалий зубочелюстной системы и её
функционального состояния.
365
Таблица 1. Распределение обследованных пациентов на группы
в зависимости от возраста и степени радиационного
загрязнения зоны проживания
Группа
1
2
3
4
5
6
7
8
3-6
7-11
1215
1618
1924
2534
3544
>45
Итого
R-0
117
121
134
112
38
36
29
31
618
R-I
123
129
127
118
39
37
32
34
639
R-II
125
132
131
116
32
34
35
27
632
365
382
392
346
109
107
96
92
1889
Возраст
(в годах)
Количество
обследованных
Итого
Характеристика клинического материала. В ходе настоящего исследования были изучены распространенность аномалий зубочелюстной системы и её функциональное состояние у 1889 пациентов обоего
пола в возрасте от 3 до 62 лет.
Для определения взаимосвязи степени радиационного загрязнения зоны проживания и основных показателей стоматологического
статуса был проведен сравнительный анализ распространенности и
интенсивности кариеса у населения контрольного региона (г. Сокольники Тульской области) с аналогичными показателями у населения,
проживающего в г. Донской Тульской области – степень радиационного загрязнения почв по 137Cs – от 1 до 5 Ku/км2 (R-I) и в г. Новозыбков
Брянской области – степень радиационного загрязнения почв по 137Cs
от 15 до 45 Ku/км2 (R-II). Показатели анализировались по группам,
которые были сформированы на основании возрастных критериев
индивидуальной радиочувствительности и степени радиационного загрязнения зон проживания по 137Cs (табл. 1.).
Методы исследования. По результатам клинического обследования были изучены: распространенность и структура зубочелюстных
аномалий, распространенность состояния зубочелюстной системы,
соответствующего возрастной норме, а также количественные (количество жевательных движений) и временные (продолжительность жевательного периода) показатели функционального состояния зубочелюстной системы у данного контингента пациентов.
Результаты исследования. В ходе клинического обследования у
пациентов были диагностированы различные аномалии зубочелюстной системы, которые были объединены в группы по типу патологии:
• аномалии зубов;
• аномалии зубных рядов;
• аномалии окклюзии;
• сочетанные аномалии.
366
Таблица 2. Распространенность аномалий зубочелюстной системы
и случаев возрастной нормы среди пациентов, проживающих в регионах
с различным уровнем загрязнения почв по 137Cs
Группа
1
2
3
4
5
6
Среднее
значение
7
Аномалии зубов
Аномалии
зубных рядов
Аномалии Сочетанные
окклюзии
аномалии
Норма
R-0
4,76
0,00
33,87
27,42
33,95
R-I
6,92
0,00
37,01
25,89
30,18
R-II
10,44
0,00
32,47
42,15
14,94
R-0
10,53
0,00
57,89
8,77
22,81
R-I
9,15
0,00
42,17
23,63
25,05
R-II
12,56
4,12
28,51
49,23
5,58
R-0
25,00
3,30
26,04
30,44
15,22
R-I
12,48
2,15
30,74
35,01
19,62
R-II
12,03
5,19
27,13
50,23
5,42
R-0
23,01
10,15
19,54
29,17
18,13
R-I
19,18
5,69
20,98
39,54
14,61
R-II
14,67
3,14
27,32
51,69
3,18
R-0
17,03
7,84
29,53
23,71
21,89
R-I
26,02
4,87
15,36
38,44
15,31
R-II
23,52
3,15
24,98
44,49
3,86
R-0
21,89
5,12
32,67
25,41
14,91
R-I
15,84
3,56
42,13
22,35
16,12
R-II
11,69
2,17
31,15
39,52
15,47
R-0
19,68
9,87
24,31
28,56
17,58
R-I
17,85
6,17
34,76
22,17
19,05
R-II
12,43
3,89
29,63
38,34
15,71
R-0
17,41
5,18
31,98
24,78
20,64
R-I
15,35
3,21
31,88
29,58
19,99
R-II
13,91
3,09
28,74
45,09
9,17
Среди всех возрастных групп по регионам было определено среднее значение по каждому классу, и результаты представлены в табл. 2.
Далее был проведен сравнительный анализ морфологического и
функционального состояния зубочелюстной системы населения регионов, подвергшихся радиационному загрязнению в результате аварии
на Чернобыльской АЭС. Результаты анализа представлены в табл. 3.
367
Таблица 3. Изменения (%) распространенности состояния зубочелюстной
системы, соответствующего возрастной норме и структуры
зубочелюстных аномалий у пациентов, проживающих в радиационнозагрязненных регионах, относительно уровня условной нормы (100 %)
Показатели
Аномалии
зубов
Аномалии
зубных
рядов
Аномалии
окклюзии
Сочетанные аномалии
Норма
Возрастные
группы
R-I
R-II
R-I
R-II
R-I
R-II
R-I
R-II
R-I
R-II
1
45,38
119,33
0,00
0,00
9,27
-4,13
-5,58
53,72
-11,10
-55,99
2
-13,11
19,28
0,00
0,00
-27,15
-50,75
169,44
461,35
9,82
-75,54
3
-50,08
-51,88
-34,85
57,27
18,05
4,19
15,01
65,01
28,91
-64,39
4
-16,64
-36,25
-43,94
-69,06
7,37
39,82
35,55
77,20
-19,42
-82,46
5
52,79
38,11
-37,88
-59,82
-47,99
-15,41
62,13
87,64
-30,06
-82,37
6
-27,64
-46,60
-30,47
-57,62
28,96
-4,65
-12,04
55,53
8,12
-3,76
7
-9,30
-36,84
-37,49
-60,59
42,99
21,88
-22,37
34,24
8,36
-10,64
Среднее значение
-11,83
-20,10
-38,03
-40,35
-0,31
-10,13
19,37
81,96
-3,15
-55,57
Как следует из табл. 3, у пациентов, проживающих в R-I, определены отличия количества случаев возрастной нормы между возрастными
группами, причем отмечено как увеличение (до +28,91 % в 3 возрастной группе), так и снижение (до -30,06 % в 5 возрастной группе) показателя. Причем изменения были достоверны только в 5 возрастной
группе, и в целом колебания показателя были незначительны.
В то же время у пациентов, проживающих в R-II, во всех возрастных группах определено снижение показателя относительно уровня
условной нормы и изменения были достоверными кроме старших возрастных групп. Наибольшее уменьшение количества случаев возрастной нормы (-82,46 %) отмечено у пациентов 4 возрастной группы.
Анализ структуры аномалий зубочелюстной системы у пациентов, проживающих в R-I, позволил установить, что наибольшее отклонение от нормы произошло у пациентов 2 возрастной группы по
распространенности сочетанных аномалий (+169,44 %), также значительно увеличено количество случаев аномалий зубов у пациентов 1 и
5 возрастных групп (+45,38 % и +52,79 % соответственно). Во всех возрастных группах определено снижение количества аномалий зубных
рядов до -43,94 % в 3 возрастной группе, очевидно за счет увеличения
количества сочетанных аномалий.
368
Таблица 4. Изменения (%) функционального состояния зубочелюстной
системы у пациентов, проживающих в радиационно-загрязненных
регионах, относительно уровня условной нормы (100 %)
Показатели
Количество жевательных движений
Продолжительность жевательного периода (сек)
Возрастные
группы
2
3
R-I
11,97
8,95
R-II
15,58
8,71
6
7
47,99 22,66
-5,60
-14,67
75,31 42,13
21,10
-19,60
R-I
19,97 12,29 53,16 62,48
18,80
-2,12
R-II
18,54
5,08
-24,15
3,72
4
5
55,39 86,38
В то же время у пациентов, проживающих в R-II, на фоне значительного снижения распространенности аномалий зубных рядов и
разнонаправленных колебаний количества аномалий зубов и аномалий окклюзии, определено резкое увеличение наиболее сложной патологии зубочелюстной системы – сочетанных аномалий, и у пациентов
2 возрастной группы отличие от уровня условной нормы составило
+461,35 %. В целом следует отметить, что у населения радиационно-загрязненных регионов в старших возрастных группах отличия по всем
показателям были незначительными, и наиболее серьезные изменения
определены по сочетанным аномалиям.
Результаты анализа функционального состояния зубочелюстной
системы населения регионов, подвергшихся загрязнению радионуклидами в результате аварии на ЧАЭС, представлены в табл. 4.
Как следует из табл. 4., наиболее значительные изменения показателей выявлены у пациентов 4 и 5 возрастных групп, проживающих в R-II,
и максимальное увеличение количества жевательных движений (КЖД)
определено в 4 возрастной группе (+75,31 %), а продолжительности жевательного периода (ПЖП) в 5 возрастной группе (+86,38 %).
Во 2 и 3 возрастных группах выявлено незначительное увеличение показателей относительно уровня условной нормы у пациентов
обоих регионов, а изменения функционального состояния зубочелюстной системы в 6 и 7 возрастных группах были не достоверными. В
целом выявленные отличия максимальны у пациентов, облученных
внутриутробно, и подтверждают предположение об изменении индивидуальной радиочувствительности с возрастом.
Выводы. 1. Количество случаев возрастной нормы среди обследованных пациентов, проживающих в регионе с загрязнением почв по
137
Cs от 1 до 5 Ku/км2 практически не отличается от аналогичных пока369
зателей в контрольном регионе, однако в группе пациентов, получивших радиационное облучение во внутриутробном периоде развития
выявлено значительное снижение показателя (-30,06 %).
2. У пациентов, проживающих в регионе, с загрязнением почв по
137
Cs от 15 до 45 Ku/км2, во всех возрастных группах было снижено количество случаев возрастной нормы относительно уровня контрольного региона и наибольшее снижение определено в 4 и 5 возрастных
группах (-82,46 % и -82,37 % соответственно), причем у данных групп
пациентов на момент аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. происходили активные процессы закладки и формирования основных элементов зубочелюстной системы.
3. Анализ функционального состояния зубочелюстной системы
также позволил установить максимальные отклонения показателей у
пациентов, получивших радиационное воздействие в период формирования зубочелюстной системы (4 и 5 возрастные группы) и данные
изменения были сильнее выражены в регионе с большей степенью загрязнения почв радионуклидами.
4. В результате проведенного исследования определена взаимосвязь распространенности зубочелюстных аномалий и отклонений
в функциональном состоянии зубочелюстной системы не только со
степенью радиационного загрязнения почв зоны проживания, но и с
возрастом обследованных на момент аварии, что подтверждает теорию
об изменении индивидуальной радиочувствительности в зависимости
от возраста субъекта.
Литература
Балева Л.С., Царегородцев А.Д. Медико-социальные и организационные проблемы охраны здоровья детей, подвергшихся радиационному воздействию, вследствие
радиационных катастроф // Здоровье детей и радиация. М., 2001. С. 11–16.
Балева Л.С. Материал по реализации Федеральной программы «Дети Чернобыля» // Экологическая антропология. Ежегодник. Минск, 1996. С. 35–38.
Белоокая Т.В., Корытько С.С., Мельнов С.Б. и др. Проблемы эффектов малых доз
ионизирующего облучения // Экологическая антропология. Материалы IX международной научно-практической конференции “Экология человека в постчернобыльский
период”. Минск, 2002 . С. 5–46.
Вельтищев Ю.Е. Проблемы экопатологии детского возраста: иммунологические
аспекты // Педиатрия. 1991. №2. С.74–80.
Елизарова В.М., Скатова Е.А. Анализ стоматологического статуса у детей, проживающих в зоне жесткого радиационного контроля по результатам реализации программы медико-социальной реабилитации// Материалы X, XI Всероссийской научно-практической конференции, Труды VIII съезда Стоматологической Ассоциации
России. М., 2003. С. 288–289.
370
Источники, эффекты и опасность ионизирующей радиации //Доклад НКДАР
ООН Генеральной Ассамблее за 1988 г. М.: Мир, 1992.
Медицинские последствия Чернобыльской аварии. Результаты пилотных проектов АЙФЕКА и соответственных национальных программ. Научный отчет. Женева:
ВОЗ, 1996. С. 442–445.
Тегако Л.И., Саливон И.И., Марфина О.В. Экологические изменения и биокультурная адаптация человека. Минск, 1996. 275 с.
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ В
РАЗРАБОТКЕ СПОСОБОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗДОРОВЬЯ
ПОЧВЫ
А.М. Семёнов, д.б.н.
Биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова
Достижение устойчивого развития природных экосистем и агроэкосистем возможно при гармонии социально-экономических и экологических точек зрения на существование и развитие этих систем. В
существенной степени этому могут способствовать правильные представления о концепциях качества почвы (КП) и здоровья почвы (ЗП).
До сих пор, по традиции, здоровье почвы иногда рассматривают как
компонент качества почвы, хотя эта концепция уже давно переросла
такое узкое понимание. Доран, а затем и Американское общество почвоведов (SSSA) определило качество почвы как “способность почвы
функционировать в пределах границ экосистемы, поддержать биологическую продуктивность и качественную экологию, обеспечивая
здоровье растений и животных” (Doran , 1996; Karlen et al., 1997). Такое определение КП охватывает не только химические и физические
свойства почвы, но и биологические, при этом ставя на первое место
физико-химические характеристики. Вместе с тем, подошло время рассматривать физические и химические компоненты качества почвы как
составляющие именно ЗП, которые определяется ее биологическими
компонентами и свойствами (Van Bruggen, Semenov, 2000; Anderson,
2003). Однако к такому нетрадиционному взгляду на эту проблему ни
научное, ни потребительское общество, по-видимому, пока еще не готово, хотя будущее именно за таким взглядом.
Качество почвы, как характеристика, в том числе и для почв агросистем не имеет какой-либо размерности. Поэтому при определении
КП обычно называют длинный ряд свойств, которые в большей или
Исследования поддержаны: Грантом NWO-РФФИ № 047.017.011. Грант Erasmus
Mundus External Cooperation project IAMONET-Russia for van Bruggen A.H.C. in 2008 and
to Semenov A.M. in 2010.
371
меньшей степени чувствительны к возделыванию почвы. При этом,
несмотря на многочисленные исследования, все еще далеко не ясно,
какие свойства почвы могли бы лучше всего служить индикаторами
качества почвы, именно индикаторами, а не переменными (компонентами, составляющими) индикаторов.
До настоящего времени чаще всего в качестве показателей или индикаторов качества почвы предлагается использовать ряд ее характеристик. В США и Канаде были разработаны не только методики и показатели, но даже портативные наборы инструментов для определения
качества почв (Environmental Box Kit Soil quality) (Liebig et al., 1996).
Среди многочисленных предложений характеристик фигурируют
электропроводимость почвы, рН, интенсивность вспахивания, плотность почвы, кондиционный индекс почвы или количество почвенного органического вещества (ПОВ), органический углерод и углерод
микробный биомассы, влажность, влагоемкость, водофильтрующая
способность, почвенное поровое пространство, температура, дыхание
почвы и концентрация нитратов и другие характеристики. Всего уже
предложено к определению более 60-ти показателей (Arias et al., 2005).
Чтобы как-то упорядочить это бесконечное многообразие показателей предлагается применять многофакторный анализ (Janvier C et al.,
2007). Основываясь на таких подходах, были предложены несколько
индексов качества сельскохозяйственной почвы. Экспериментальная
проверка показала, что некоторые индексы были достаточно чувствительны к способам возделывания почв (тип вспашки, севооборот, вид и
способ удобрений и др.) и количеству и качеству урожая. В некоторой
степени вершиной усилий в упорядочивании набора эмпирически выявленных индексов для оценки качества почвы, стала попытка выведения количественной формулы оценки качества почвы (Larson, Pierce,
1991). Положительным в этих индексах является то, что они учитывают физические, химические и частично биологические показатели, т.е.
используют комплексный подход. Общим недостатком же является
то, что все эти показатели избраны эмпирически, а, следовательно, со
значительной долей субъективизма и их количество и последовательность определения с одинаковым успехом можно, как увеличивать,
так и уменьшать. Таким образом, при наличии определенного прогресса в поисках индикаторов качества почвы эта проблема очень далека
от решения. Одна из существенных причин – это использование все
большего и большего количества показателей, т.е. попытка объять необъятное. Другая – в отсутствии или незнании или не использовании
объективных законов, которым подчиняются показатели, предлагаемые для разработки индексов качества почвы.
372
Прежде чем обсуждать сущность здоровья почвы, ее параметры и
индикаторы необходимо определиться с тем, к какой экосистеме принадлежит почва. Это может быть природная экосистема или агроэкосистема. Стратегия развития этих экосистем разная. Первая в своем
развитии движется к стабильности, климаксному состоянию, что сопровождается равновесным состоянием ее продуктивности. От агроэкосистемы требуется постоянная высокая продуктивность и, следовательно, при определении здоровья такой почвы необходимо учитывать
не только биологический, но и социально-экономический аспекты.
С социально-экономической точки зрения, здоровая почва агроэкосистем – это плодородная почва, не загрязненная или ГОСТом «допустимо» загрязненная, высокопроизводительная, обеспечивающая
минимальные потери продукции из-за болезней растений и животных,
с минимальным отрицательным воздействием на здоровье человека и
экосистемы в целом, компонентом которой она является и, следовательно, в целом полезная для человеческого общества.
С экологической точки зрения, здоровая почва – это стабильная
почва, устойчивая к стрессовым воздействиям вследствие достаточной
буферной способности, с высоким биологическим разнообразим, высоким уровнем замкнутости циклов питательных веществ в независимости от потребительских запросов человеческого общества. Это определение более или менее совпадает с определениями, данными ранее
рядом авторов (Visser, Parkinson, 1992; Bezdicek, 1996).
В других определениях здоровье почвы рассматривается как способность длительно функционировать в виде живой системы, признание в ней наличия биологических элементов, которые являются
ключевыми в функционировании ее как экосистемы в пределах границ землепользования. Функционирование этих биологических компонентов обеспечивает биологическую производительность почвы, а
также качество окружающих ее воздушной и водной сред тем самым,
способствуя здоровью растений, животных и человека. (Doran, Zeiss,
2000; Karlen, et al., 2001). По М.С. Соколову и др. (2009, 2010) здоровье
почвы есть функция ее экологической устойчивости, включающей: а)
оптимально сбалансированное и адаптированное (к экоресурсам) биоразнообразие педоценоза; б) самоочищение почвы от загрязняющих
веществ посредством сорбции и/или биотрансформации; в) супрессию
аборигенными почвенными микроорганизмами вредной биоты (фитопатогенной и санитарно-показательной). При этом здоровая почва
– это нормативно чистая почва, не содержащая техногенные радионуклиды, ксенобиотические и природные поллютанты, а также вредные
биоагенты сверх допустимых нормативов, характеризуясь супрессив373
ностью (в отношении экономически значимых фитопатогенов, других
вредных организмов) и самоочищающей способностью (в отношении
ксенобиотических и природных поллютантов).
При экосистемном подходе О’Нил с соавторами (O’Neill et al.,
1986), Раппорт (Rapport, 1997) и Доран (Doran et al., 1996), в разное
время наделяли здоровую экосистему «целостностью питательных
циклов и энергетических потоков, стабильностью (или устойчивостью) и сопротивлением к нарушающим воздействиям (НВ), высоким
биологическим разнообразием и высокой взаимосвязанностью между
функциональными составляющими, супрессированием вспышек болезней растений и «способность функционировать в виде живой системы в рамках границ экосистем, поддерживать продуктивность растений и животных, обеспечивать улучшение качества воды и воздуха и
способствовать укреплению здоровья растений и животных.
До настоящего времени индикаторы здоровья почвы по аналогии
с индикаторами качества почвы представляют собой также всего лишь
набор показателей и характеристик «создателей и обитателей» почвы,
процессов и продуктов метаболизма ими осуществляемых. Наиболее
часто такими характеристиками являются дыхание почвы (базальное
дыхание и дыхательный коэффициент – qCO2), микробная биомасса,
определяемая, как правило, биохимическими методами, численность
бактерий и длина мицелия грибов, микробное разнообразие: бактерий,
грибов и микроводорослей, например, в виде индексов Шеннона, Бергера-Паркера и др., а также, нематод и другой микро- и мезофауны. Помимо истинно биологических характеристик в качестве показателей
ЗП нередко почему-то приводят и чисто химические, например ПОВ,
легко минерализуемый С и/или N и некоторые другие. Обоснованием
использования этих или других характеристик в качестве индикаторов
или показателей здоровья и одновременно качества почвы является,
например, наличие данных об отклике микробной биомассы на изменение обработки почвы (Drury et al., 1991), внесение минеральных
удобрений (Fauci, Dick, 1994) и растительных остатков (Franzluebbers
et al., 1995). Влияние на величину микробной биомассы и на соотношение в ней грибов и бактерий агрогенных воздействий, таких как
вспашка, внесение минеральных и органических удобрений. Тип и вид
севооборота служат обоснованием использования этих показателей в
качестве дополнительных индикаторов состояния почвы (Полянская
и др., 1977, 2005). Перечисление таких совпадений и коррелятивных
связей можно продолжить.
Показано, что более высокое микробное разнообразие в здоровых
почвах играет положительную роль в подавлении массового развития
374
фитопатогенных микроорганизмов и происходит это в существенной
степени посредством изменения циркуляции питательных веществ в
такой почвенной экосистеме (Buyer, Kaufman, 1996 и др.).
Нематологи предложили и запатентовали в качестве индикатора
здоровья почв использовать наличие и обилие представителей определенных таксонов нематод, определяя с помощью молекулярно-биологических методов низшую таксономическую группу нематод, стратегию
жизни этой группы и разнообразие (EuroPatent 1613772 A2, 2006. МПК
C12Q 1/68). Скорее всего, предложенный метод действительно коррелирует с более здоровым состоянием почвы, но выявление и идентификация нематод процесс крайне трудоемкий, длительный и может быть осуществлен только высоко квалифицированными специалистами.
В качестве индикатора здоровья почв предлагалось использовать
наличие в исследуемой почве некого минимально значимого набора
микроорганизмов (Nielsen, Winding, 2002). Эта идея безусловно хорошая, но до сих пор она не получила адекватной экспериментальной
проверки из-за недостаточности развития соответствующих методов.
Использовать этот подход без дополнения его другими характеристиками и, в первую очередь, определения количества и особенно, активности каждой таксономической единицы – бессмысленно, а последняя
задача – бесконечная.
Еще один подход в этом направлении – это количественная и качественная оценка биологических, а точнее микробиологических процессов. Датская служба наблюдения за здоровьем почв, проанализировав информативность разных микробиологических процессов в почве
– окисление метана, минерализация углерода и азота, содержание микробной биомассы и т.д., пришла к выводу, что все они могут быть в той
или иной степени использованы в качестве индикаторов здоровья почвы, но только в сочетании с другими специфическими показателями
(Nielsen, Winding, 2002).
Устойчивость и сопротивляемость почвенной экосистемы к НВ также активно используются в характеристике, разработке и поиске показателей здоровья почвы (Van Bruggen, Semenov, 2000; Griffith et al., 2001 и
др.). Устойчивость или упругость (resilience) подразумевает способность
почвенного сообщества быстро восстанавливаться после НВ. Сопротивляемость или противодействие (resistance) – способность почвенного
сообщества противостоять НВ. С последним понятием перекликается
понятие стабильности (stability) почвенной экосистемы.
Однако такие характеристики как устойчивость и сопротивляемость
почвенной экосистемы к НВ, как и еще один показатель – устойчивость
к инвазии патогенов не могут быть количественно определены сами по
375
себе и для их количественного определения необходимо привлекать какие-то другие переменные (Carpenter et al., 2001; Griffith et al., 2001). Эти
«другие» переменные, как правило, уже не имеют или имеют очень малое
отношение к содержательным значениям устойчивости и сопротивляемости, а тем более к противодействию инвазии патогенов.
В агроэкосистемах здоровье почвы часто связывают с системой
земледелия. Истинно биоэкологическое или, как его называют в англоязычной литературе – органическое земледелие, предполагающее использование только органических удобрений и биологические
средства защиты с полным отказом от пестицидов и генетически модифицированных организмов (ГМО) в наибольшей мере соответствует критериям здоровой почвенной агросистемы. В некоторой степени
предшественницей такой системы земледелия является биодинамическое земледелие. Такая система земледелия обеспечивает улучшение
физико-химических показателей почвы (Van Bruggen, 1995; Schjünning
et al., 2002). Доказано, что при органической системе земледелия заметно повышается биоразнообразие, в том числе почвенной биоты (Müder
et al., 2002; Van Diepeningen et al., 2006).
Отмечая привлекательность и справедливость некоторых традиционных показателей или индикаторов качества и здоровья почвы,
тем не менее, необходимо признать, что все они выявлены эмпирически и предложены в качестве показателей в силу выявленных коррелятивных связей. Почти все или все показатели и индикаторы качества почвы, как и здоровья в своей основе не опираются на какие-либо
фундаментальные законы и в основе своего использования имеют корреляционное обоснование.
В настоящее время в биологии, в частности, в общей экологии и экологии микроорганизмов открыты законы, отражающие рост и развитие
популяций и сообществ. Это законы экспоненциального роста популяций, самоограничения (лимитирования) численности популяций и
волнообразного существования и развития популяции (Турчин, 2002).
По-видимому, к этим трем законам следовало бы добавить еще закон ограничения адаптивной способности организма пределами его нормы реакции к условиям окружающей среды. Помимо этих законов, безусловно,
функционируют и другие известные экологические законы, такие как закон экологической пирамиды (пищевой цепи), закон взаимоотношения
крупных и мелких организмов, закон симбиоза, закон сукцессии.
В экологии микроорганизмов кроме законов известны еще и концепции, в которых отражены феномены и явления свойственные, главным образом, этой науке. Некоторые из них, относящиеся к почвенной
микробиологии, обсуждены Д.Г. Звягинцевым (1987). Это концепция
376
потенциальной и актуальной активности почвенного микробного сообщества (МС); микробного пула и избыточности этого пула в почве и
других экосистемах по сравнению объемом доступного питательного
ресурса; функционального параллелизма среди микроорганизмов или
функционального дублирования; микрозональности почвы как среды
обитания микроорганизмов. Эти концепции следует дополнить концепциями об эволюционном развитии микроорганизмов в сообществе и
через сообщество и зависимостью значимости процесса в экосистеме от
численности и активности микроорганизмов его осуществляющих (Заварзин, 1989). Однако центральной концепцией микробной экологии является концепция структуры МС (Заварзин, 1970; Semenov, 1991). Микробное сообщество – это некая совокупность таксономически разных,
но функционально взаимодействующих популяций микроорганизмов,
существующих некоторое время в соответствующем месте. Компоненты
МС могут быть, как сильно связанными между собой, в том числе и физически, а МС – высоко специализированным, так и слабо связанными,
а МС – низко специализированным. Чем более объективна концепция
структуры МС, тем выше ее объяснительные и прогностические свойства, тем вероятнее принятие правильного решения в экологической и
промышленной биотехнологии (Семёнов, 2005). С концепцией структуры МС взаимосвязаны концепция r –K – континуума, как отражение
непрерывности и дискретности свойств и распространения организмов;
олиготрофии, которая обосновывает олиготрофикацию агроэкосистем
как способ создания и поддержания здоровых почв; регуляции активности природного МС, которая происходит не столько через изменения
активности каждого отдельного его компонента, сколько через смену состава сообщества – через сукцессию.
Примером способствования познания фундаментальных законов и
концепций экологии микроорганизмов является разработка способа определения параметра здоровья почвы, в основе которого лежит концепция нарушающих воздействий и волнообразного развития микробных
популяций (МП) и МС (Семёнов, 2005). Концепция является продолжением и развитием закона волнообразного развития популяций.
Ключевыми положениями концепции являются следующие постулаты: микробные популяции и микробные сообщества существуют
и развиваются во времени и в пространстве волнообразно. Движущей
силой волнообразного развития МП и МС является взаимодействие
потребителя и субстрата. Механизмом волнообразного существования
и развития МП и МС является чередование фаз роста и частичного отмирания компонентов МП. Причиной волнообразного развития МП
и МС являются постоянно возникающие в системе НВ внутренней и
377
внешней природы, которые приводит к флуктуации численности, активности и разнообразия заселяющих и развивающихся в этой экосистеме микроорганизмов (Семёнов, 2001).
В предлагаемом способе определения параметра здоровья в образцах почвы, компостов и других твердых субстратов осуществляется нарушающее воздействие на исследуемый образец и контрольный образец,
считаемый здоровым. При этом выбирают физическое или химическое
или биологическое НВ. Производится измерение и сравнение ответной
реакции образцов на НВ не реже чем ежедневно и не менее чем в течение
10 суток. В качестве ответной реакции используют скорость (V) выделения СО2 образцами в условиях их термостатирования и поддержания
сравнительной влажности. На основании полученных результатов строят графические зависимости V от времени (Т), прошедшего с момента
НВ на образцы. В случае адекватного НВ динамика выделения СО2 из
почв будет иметь волнообразный вид. На графике(ах) зависимости V
от Т выбирают один из первых, но максимальных по амплитуде пиков
для контрольной и исследуемой почв и сравнивают ширину (L) пиков
эмиссии СО2 на их полувысоте у исследуемой почвы (Lип) и контрольной почвы (Lкп) после одинакового НВ. Параметр ЗП рассчитывается
по формуле ЗП = |(Lкп-Lип)/Lкп|, т.е. этот параметр рассчитывают по
абсолютной величине. Использование модуля вышеуказанной дроби, а
не просто модуля разницы между шириной вышеназванных пиков на их
полувысоте, дает возможность устранить размерность у параметра ЗП и
позволяет корректно сравнивать состояние ЗП у исследуемого и контрольного образцов. Считается, что исследуемая почва тем более здорова,
чем результат этого уравнения ближе к нулю. Если результат этого уравнения равен нулю, то исследуемая почва абсолютно здорова.
Предложенный способ определения параметра ЗП включает как
характеристику амплитуды (высота) волны, с которой традиционно
связывают устойчивость почвенного МС, так и продолжительность
(фактически период) максимальных пиков, что до некоторой степени
соответствует сопротивляемости МС к нарушающему воздействию.
Сравнение параметров именно максимальных по амплитуде пиков
позволяет учесть наиболее активные, наибольшие по численности и,
следовательно, наиболее значимые микробные популяции в исследуемых образцах почвы. Для быстрого сравнительного определения этого
параметра у разных почв предложен прибор, который может использоваться как для определения параметра ЗП, так и для определения
эмиссии парниковых газов (СО2, СH4 и N2O) почвами. Способ определения параметра ЗП, компостов и других твердых субстратов, как и
прибор, запатентованы (Семёнов и др., 2009а,б).
378
В заключение следует отметить, что при оценке устойчивости
почв и экосистем вполне возможно разработать систему объективных
индикаторов, но для этого надо сначала познать законы, действующие
в этих системах.
Литература
Заварзин Г.А. К понятию микрофлоры рассеяния в круговороте углерода // Ж. общ.
биол. 1970. Т. 31. С. 386–393.
Заварзин Г.А. Микробное сообщества в прошлом и настоящем // Микробиол. журнал. 1989. Т. 51. С. 3–14.
Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы // М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1987. 256 с.
Полянская Л.М., Звягинцев Д.Г. Содержание и структура микробной биомассы как показатель экологического состояния почв // Почвоведение. 2005. № 6. С. 706–714.
Полянская Л.М., Лукин С.М., Звягинцев Д.Г. Изменение состава микробной биомассы
при культивации почв // Почвоведение. 1977. № 2. С. 206–212.
Семёнов A.M. Осцилляции микробных сообществ в почвах // Труды Всероссийской
конференции. К 100-летию со дня рождения академика Е.Н. Мишустина. М.: МАКС Пресс,
2001. С. 57–72.
Семёнов А.М. Трофическое группирование и динамика развития микробных сообществ в почве и ризосфере. Дис. на соиск. уч. степ. д.б.н. М.: МАКС Пресс, 2005. 66 с.
Семёнов А.М., Ван Бругген А.Х.К., Бубнов И.А., Семёнова Е.В. Система для количественного определения эмиссии газов из образцов почвы, компостов и других твердых субстратов // Патент на полезную модель № 90212. Зарегистрир. в Госреестре п.м. РФ 27.12.2009.
Заявка 2009130743 от 12.08. 2009а.
Семёнов А.М., Ван Бругген А.Х.К., Бубнов И.А., Семёнова Е.В. Способ определения параметра здоровья у образцов почвы, компостов и других твердых субстратов // Патент № 2408885.
Зарегистрир. в Госреестре изобр. РФ 10.01.2011. Заявка № 2009130742 от 12. 08. 2009б.
Соколов М.С., Дородных Ю.Л., Марченко А.И. Здоровая почва как необходимое условие жизни человека // Почвоведение. 2010. № 7. С. 858–866.
Соколов М.С., Марченко А.И., Санин С.С. и др. Здоровье почвы агроценозов как атрибут ее качества и устойчивости к биотическим и абиотическим стрессорам // Изв. Тимирязевской с/х академии. 2009. № 1. С. 13–22.
Турчин П.В. Есть ли общие законы в популяционной экологии? // Ж. общ. биол. 2002.
Т. 63. С. 3–14.
Anderson T.H. Microbial eco-physiological indicators to assess soil quality // Agric. Ecosyst.
Environ. 2003. V. 98. Pр. 285–293.
Arias ME et al. Soil health- a new challenge for microbiologists and chemists // Internat.
Microbiol. 2005. № 8. Рр. 13–21.
Bezdicek D.F. Development and evaluation of indicators for agroecosystem health.
Agriculture in Concert with the Environment ACE Research Projects Western Region. 1991–
1995. 1996. 6 p.
379
Buyer J.S., Kaufman D.D. Microbial diversity in the rhizosphere of corn grown under
conventional and low-input systems // Appl. Soil Ecol. 1996. № 5. Рр. 21–27.
Carpenter S., Walker B., Anderies J.M., Abel N. From metaphor to measurement: Resilience of
what to what? // Ecosystems. 2001. № 4. Р. 765–781.
Doran J. W., Sarrantonio M., Liebig M.A. Soil Health and Sustainability// Advances in
Agronomy. 1996. V. 56. Pр. 1–54.
Doran J.W., Zeiss M.R. Soil health and sustainability: managing the biotic component of soil
quality // Applied Soil Ecology. 2000. V. 15. P. 3–11.
Drury C.F., Stone J.A., Findlay W.I. Microbial biomass and soil structure associated with
corn, grass and legumes // Soil Sci. Soc. Am. J. 1991. V. 55. Pр. 805–811.
Fauci M.F., Dick R.P. Soil microbial dynamics short and long term effects of inorganic and
organic nitrogen // Soil Sci. Soc. Am. J. 1994. V. 58. Pр. 801–806.
Franzluebbers A.J., Hons F.M., Zuberer D.A. Soil organic carbon, microbial biomass and
mineralisable carbon and nitrogen in sorghum // Soil Sci. Soc. Am. J. 1995. V. 59. Pр. 460-466.
Griffith B.S., Bonkowski M., Roy J., Ritz K. Functional stability, substrate utilization and biological
indicators of soils following environmental impacts // Appl. Soil Ecol. 2001. V. 16. Pр. 49–61.
Janvier C et al. Soil health through soil disease suppression: which strategy from descriptors
to indicators? // Soil Biol. Biochem. 2007. V. 39. Pр. 1–23.
Karlen D.L., Andrews S.S., Doran J.W. Soil quality: Current concepts and applications //
Adv. Agron. 2001. V. 74. Pр. 1–40.
Karlen D.L., Mausbach M.J., Doran J.W. et al. Soil quality: A concept, definition, and
framework for evaluation // Soil Sci. Soc. Am. J. 1997. V. 61. Pр. 4–10.
Larson W.E., Pierce F.J. Conservation and enhancement of soil quality // Evaluation for
sustainable land management in the developing world. Vol. 2: Technical papers. Proc. Int. Worksh.,
Chiang Rai, Thailand (15–21 Sept. 1991). Bangkok (Thailand), 1991. Pр. 175–203.
Liebig, M.A., Doran, J.W., Gardner, J.C., Evaluation of a field test kit for measuring selected
soil quality indicators // Agronomy J. 1996. V. 88. Pр. 683–686.
Müder P., Flieβbach A., Dubois D.et al. Soil Fertility and Biodiversity in Organic Farming //
Science. 2002. V. 296. Pр. 1694–1697.
Nielsen M.N., Winding A. Microorganisms as Indicators of Soil Health // National
Environmental Research Institute, Denmark. Technical Report. 2002. No. 388. 85 р.
O’Neill R.V., DeAngeles D.L., Waide J.B., and Allen T.F.H. A hierarchical concept of ecosystems
// Princeton Univ. Press, Princeton, NJ, 1986. 263 p.
Rapport D J. Soil health: Its relationship to ecosystem health // Biological indicators of soil
health. Pankhurst, C. E., B. M. Doube and V.V. S. R. Gupta (Ed.).CAB International: Wallingford,
UK; NY, USA. 1997. Pр. 29-47.
Schjünning P., Elmholdt S., Munkholm L.J., and Debosz K. Soil quality aspects of humid
sandy loams as influenced by organic and conventional long-term management // Agric. Ecosyst.
Environm. 2002. V. 88. Pр. 195–214.
Semenov A.M. Physiological bases of oligotrophy of microorganisms and concept of
microbial community // Microb. Ecol. 1991. V. 22. Pр. 239–247.
380
Van Bruggen A.H.C. Plant-disease severity in high-input compared to reduced-input and
organic farming systems // Plant Dis. 1995. V. 79. Pр. 976–84.
Van Bruggen A.H.C., Semenov A.M. In search of biological indicators for soil health and
disease suppression // Appl. Soil Ecol. 2000. V. 15. Pр. 13–24.
Van Diepeningen A.D., de Vos O.J., Korthals G.W, Van Bruggen A.H.C. Effects of organic
versus conventional management on chemical and biological parameters in agricultural soils //
Appl. Soil Ecol. 2006. V. 31. Pр. 120–135.
Visser S., Parkinson D. Soil biological criteria as indicators of soil quality: Soil microorganisms
// Am. J. Altern. Agric. 1992. V. 7. Pр. 33–37.
РОЛЬ ФЕНОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ В
ФОРМИРОВАНИИ ПОНЯТИЯ “БИОСФЕРА” У
СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ
П.М. Скворцов, к.п.н., доцент
Московский государственный областной университет
Наблюдения за сезонными изменениями в природе, окружающей
человека (фенологические наблюдения), являются, наряду с астрономическими, наиболее древними из всех известных человечеству регулярных наблюдений. Основная цель таких наблюдений заключается в
выявлении конкретной календарной даты наступления того или иного
природного события. Второй целью служит решение проблемы выделения времён года – сезонов.
Всем хорошо известно, что на большей части территории России
можно наблюдать последовательность четырёх сезонов, из которых два
основных (зима, лето) и два переходных (весна, осень). Зима и лето считаются основными временами года потому, что общий фон изменений в
неживой и живой природе относительно однороден. Для весны и осени
характерен вектор изменений – определённая и постоянная направленность на переход от одного основного сезона к другому.
Каждому времени года присущ специфический набор сезонных явлений, наступающих в определенной, довольно стабильной последовательности. Поскольку изменения в природе происходят постоянно, то основная трудность в составлении фенологического календаря состоит в том, какое именно
событие считать окончанием одного времени года и началом другого.
Если говорить об образовательном значении фенологических наблюдений для студентов и школьников, то изучение периодической
смены времён года позволяет сформировать у них понимание биосферы
(географической оболочки) как особой системы, функционирующей в
довольно широких рамках. В этой связи хотелось бы обратить внимание
на такое периодическое явление в средней полосе России, как листопад
381
и связанный с ним феномен “Бабьего лета”. Поскольку изучение этого
явления подтолкнуло В.И. Вернадского к пониманию биосферных явлений, можно предположить, что студенты, да и школьники, поставленные
в похожие условия, смогут придти к тем же выводам.
Вместе с тем, при изучении листопадных явлений имеется ряд
трудностей:
1. Выбранный объект фенологических наблюдений должен им оставаться весь период наблюдений, следовательно, нужно обращаться к
таким объектам, которые не только данной осенью будут основными поставщиками информации, но и зимой, и весной, и через год. Из деревьев
этому условию в наиболее полной мере отвечают клён остролистный, клён
ясенелистный, ива козья, ива трёхтычинковая, ольха чёрная, ольха серая. В
меньшей степени могут быть использованы берёза повислая, липа мелколистная, липа сердцевиднолистная, тополь чёрный. Из кустарников можно
указать в качестве объекта наблюдения орешник, бузину чёрную, до некоторой степени шиповник. Очевидно, что в условиях города или мегаполиса перечисленным условиям будут способствовать деревья и кустарники,
произрастающие в парках и, частично, в скверах. Деревья же, растущие во
дворах, испытывают сильное антропогенное воздействие: вытаптывание,
обогрев почвы благодаря коммуникациям и прочее, что вносит искажение
в сроки наступления того или иного сезона для данного растения.
2. Установить сроки листопада у какой-либо древесной породы бывает затруднительно, поскольку у разных экземпляров одного и того же
вида, даже произрастающих в непосредственной близости друг от друга,
он начинается и заканчивается не одновременно. Поэтому основным условием начала наблюдений за сезонными изменениями в жизни древесных растений является наблюдения за конкретным деревом на протяжении всего годичного цикла.
3. Осенняя раскраска листьев, которая считается основным признаком
листопада, наблюдается не у всех деревьев и кустарников. У ольхи серой листья во время листопада сохраняют свой зелёный цвет и чернеют лишь после
заморозков. Точно так же совершенно не изменяют свой цвет листья сирени:
они остаются зелёными на ветвях до выпадения снега, несмотря на то, что
давно уже погибли. У осины листопад начинается, когда листья ещё зелёные,
осенняя раскраска наступает позднее, когда часть дерева уже обнажилась.
В целом же, наблюдение процесса листопада должно подводить исследователя к выводам о приспособительном характере этого процесса.
Поэтому помимо важных и хорошо известных выгод, которые даёт древесному растению сбрасывание листвы, при проведении фенологических наблюдений уместно показать и менее заметные, но не менее важные
с точки зрения биосферных процессов.
382
В большинстве учебников приспособительная роль листопада сводится к трём аспектам:
1) избавляясь от листовой массы, деревья прекращают непрерывный
процесс испарения с поверхности листа. Это важно, поскольку зима – не
столько холодное, сколько сухое время года: вода, температура которой
ниже +70С, недоступна для всасывания корневыми волосками растения;
2) предотвращается обламывание ветвей после сильных снегопадов:
широкая листовая поверхность предоставляет возможность скапливаться большой массе снега, что приводит к механическим повреждениям с
последующим заражением спорами грибов-паразитов;
3) удаляются вредные вещества, поскольку у растений нет выделительной системы, а продукты обмена накапливаются. Это происходит изза того, что в лист поступает раствор, а испаряется только вода.
В то же время, прочие, менее заметные, но не менее важные функции
листопада остаются за пределами изучения. Например, факт, что сбрасываемые листья, попав на поверхность земли, почти сразу же начинают перегнивать, выделяя в поверхностный слой воздуха углекислый газ и тепло. Особенно интенсивно этот процесс идёт во время влажной и тёплой осени. Сама
опадающая из года в год листва создаёт уникальное явление леса – лесную
подстилку – второй факт, на который мало обращают внимание.
Тепло, выделяемое при перегнивании опада, позволяет выжить корневым волоскам молодых корней, расположенных в приповерхностном
слое почвы, наиболее богатом минеральными питательными веществами. Углекислый газ хорошо известен своими парниковыми свойствами,
более того, даже обвинён в создании «парникового эффекта» на планете.
Выпадающий снег покрывает поверхность земли (почву или лесную
подстилку) и создаёт оболочку, непроницаемую для внешнего атмосферного воздуха. А теплоизоляционная функция снега, возникающая из-за
его рыхлости, приводит к поддержанию относительно постоянной температуры. Для свежевыпавшего рыхлого снега суточные колебания температур амплитудой в 300С проникают на глубину 24 см, а на глубине
44 см – вообще не ощущаются.
Таким образом, возникает интересная система: перегнивающая листва даёт теплоту, необходимую для обогрева приповерхностной корневой системы дерева, углекислый газ удерживает это тепло около поверхности, а выпавший снег, в свою очередь, не даёт атмосферному воздуху
разбавить, перемешать выделившийся углекислый газ, гасит перепады
температур и не даёт снизить «парниковый эффект». Листопад, таким
образом, становится явлением географической оболочки.
Таким образом, феномен листопада заключается ещё и в том, что он
создаёт благоприятные условия для продолжения жизнедеятельности
383
дерева в будущем сезоне, поскольку именно приповерхностная корневая
система поставляет основную часть минеральных солей, необходимых
растению для жизнедеятельности, во всяком случае, в условиях дерновоподзолистой почвы.
Лесная подстилка, состоящая, в основном, из перегнивающего листового опада, представляет собой губку, впитывающую в себя всю воду: дождевую и диссимиляционную. В этом легко убедиться, проведя простейший
опыт. В стеклянный цилиндр нужно набить сухой листвы и вылить стакан
воды. Примерно через полчаса вода полностью впитается листвой. Впитанная вода создаёт благоприятные условия для размножения бактерий гниения, которые разрушают органические вещества листьев до углекислого
газа и воды. При этом выделяется довольно большое количество тепла. В
этом также можно убедиться, прикрепив к цилиндру термометр, а затем
сравнив его показания с показаниями наружного термометра.
Впитанная лесной подстилкой влага медленно просачивается вниз под
собственной тяжестью. При этом создаются условия выравнивания последствий обильных осадков. В условиях асфальтового покрытия городов любой
сильный дождь вызывает немедленное наводнение, что невозможно в лесу
благодаря подстилке из листового опада. Во многом благодаря лесной подстилке существуют равнинные реки в Европейской части России.
Ещё одним интересным следствием осеннего листопада можно считать такой метеорологический эффект, как «бабье лето». Это период тихой безветренной тёплой погоды в конце лета – начале осени. Причин
данному природному феномену несколько. Например, арктический антициклон, удерживающий несколько дней безоблачную погоду с температурой +15–+18°С.
В то же время, долговечность пребывания антициклона зависит от
второй причины – массового отмирания листьев у листопадных растений. Растения перестают фотосинтезировать, перестают выделять кислород, но не перестают дышать, выделяя углекислый газ и тепло. Как
следствие, происходит их резкий выброс в атмосферу. Опадающая листва
перестаёт затенять поверхность земли, которая в условиях ещё высокого
солнца днём хорошо прогревается, что поддерживает довольно высокие
для этого времени года дневные температуры.
Увеличивает этот своеобразный «парниковый эффект» отмирающая
фитомасса травянистых растений, как однолетников, так и многолетних,
также перестающая тратить солнечную энергию на создание органических веществ.
Похожий период наблюдается в средней полосе России сразу после
схода снега. Как правило, это первая декада апреля, когда наблюдается
солнечная тёплая погода антициклонического типа. Сошедший снег вы384
свобождает углекислый газ, накопленный с осени, а талая вода растаивает почву на всё большую глубину
Леса в этот период стоят ещё без листьев, свободно пропускают солнечный свет и тепло. Солнце удлинившимся световым днём всё сильнее
прогревает влажную лесную подстилку, где резко ускоряются процессы
гниения. Это приводит к дополнительному подогреву почвенного покрова и обильному выделению углекислого газа. В первом явлении можно
убедиться с помощью почвенного термометра, измерив температуру почвы у поверхности, на глубине 5 см и на глубине 10 см или несколько глубже. Второе явление вызывает весьма распространённое состояние одышки в весеннем обезлиственном лесу. Такие крайне важные для природы
средней полосы России весенние явления позволяют в считанные дни
вырасти траве и распуститься листьям деревьев и кустарников: углекислый газ вместе с талой водой, впитанной оттаивающей почвой, полностью израсходуется на строительство тела растений в ходе фотосинтеза.
Таким образом, возникает глобальная картина взаимосвязи живого и
неживого компонентов среды, когда живые организмы приспособились к использованию особенностей периодических изменений неживой природы.
Увидеть описанную картину возможно лишь при условии проведения
регулярных наблюдений за сроками наступления того или иного явления
природы из года в год. Организация фенологических наблюдений силами
студентов и школьников позволит зафиксировать происходящее, а затем статистически обработать полученные результаты с тем, чтобы выяснить цикличность наступления того или иного явления в данной местности.
МИРОВАЯ ДИНАМИКА: УРОКИ ПРОШЛОГО, ВЗГЛЯД
В БУДУЩЕЕ
А.В. Смагин, д.б.н., профессор
Факультет почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова
Мир динамичен, и одной из наиболее важных задач естествознания является постижение общих законов его развития, роли и места
человека во Вселенной. Почему существует жизнь, материя, пространство, время? Каковы наши знания о динамике и «экологии» вселенной,
об истории и судьбе материального мира, в котором мы живем? Эти
вопросы с момента появления человека всегда были значимыми. Ответ на них в форме естественнонаучных, исторических, философсРабота выполнена при финансовой поддержке Московского Правительства
(Госконтракт 8/3-66п-10/11), РФФИ (проект №09-04-00929-а), Программы
Президиума РАН «Биологическое разнообразие», Программы фундаментальных
исследований ОБН РАН «Биологические ресурсы России».
385
ких, религиозных обобщений подводил итог определенному периоду
развития человека, его отношений с себе подобными и окружающим
миром, и выстраивал дальнейший вектор жизни. Одним из последних
переломных этапов в познании мира стал период конца XIX – начала XX веков, когда в среде передовых ученых естествоиспытателей
возникла идея о всеобщем единстве и взаимосвязи объектов природы, предварившая появление экологии. Наиболее полное выражение
данная мысль нашла в трудах основателя генетического почвоведения
и предтечи экологии – великого русского ученого В.В. Докучаева. В
работе «К учению о зонах природы» (1898) он пишет о необходимости исследования не отдельно взятых тел и стихий, а «генетической,
вековечной и всегда закономерной связи, которая существует между
силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой, между растительными, животными и минеральными царствами, с одной
стороны, человеком, его бытом и даже духовным миром, – с другой».
Предвосхищая задолго до современного этапа развития планеты все
возрастающую роль человека, как внутреннего фактора ее дестабилизации и динамики, Докучаев выделяет не только материальные (быт),
но и духовные составляющие сущности человека, ибо от них во
многом, если не в основном, зависит дальнейшая судьба Мира и цивилизации. Последующий прагматичный период развития человечества,
доминирующие материалистические взгляды на Мир с искусственным
принижением роли духовного, игнорированием его законов, отделением
от якобы «чисто научного» рационального познания не привел к ожидаемому благоденствию. Напротив, XX век стал самым кровавым в истории
человечества, а взаимоотношения человека с природой, основанные на
материалистических идеях ее покорения, потребительства, борьбы за выживание привели к глобальному экологическому кризису, угрожающему
гибелью всему живому на планете. И сегодня на заре нового тысячелетия
мы вновь возвращаемся «на круги своя» в поисках истины к ее истокам,
пытаясь проанализировать пройденные пути развития, извлечь исторические уроки и попытаться выбрать правильное направление.
Каковы же базовые представления о картине Мира, его динамике, характерные для разных цивилизаций и определяющие их отношение к материальному миру? Нам даны в ощущении (восприятии)
– материя и ее движение, мерой которого в физике (науке о природе)
служит энергия. Движение воспринимается в двух основных формах
386
– поступательное (по прямой) и вращательное (по кругу), все остальные формы – результат их комбинации. Отсюда возникают принципиально различные религиозно-философские трактовки мироздания:
вперед (прогресс) – назад (регресс) или «ходим мы по кругу».
Круговорот как модель мироздания, концепция бытия лежит в
основе многих древних религий. Рождение, расцвет, старость, смерть
– закономерная череда событий материального мира. В большинстве
мифов и верований древних цивилизаций, включая арийскую общность (греки, индо-пакистанцы, скифы, славяне, скандинавы…) борьба «космоса» и «хаоса», творения и разрушения, добра и зла образуют
этот круговорот событий. Вспомним «Четыре века» в Древней Греции
(Гесиод 7 век д.н.э.: «золотой», «серебряный», «медный», «железный»).
Их последовательная смена происходит по мере деградации (регресса),
потери качества человека. Падшее человечество уничтожают боги,
творя новых людей – и так бесконечно. Еще более четко концепция
круговорота (смены веков) прописана в индуизме – самой массовой
из современных религий планеты, объединяющей сотни миллионов
людей. «Колесо Сансары» – совокупность бытия в духовном и материальном мире, бесконечное переселение душ из одного тела в другое
в зависимости от накопления ими запаса хороших и плохих дел (кармы). Для мироздания в целом – последовательное чередование опятьтаки четырех веков («юг») по мере деградации человека. С каждой
югой уменьшается продолжительность жизни людей, их мужество, ум,
сила, духовная мощь. Мир, однако, бесконечен и безначален. Периодически несовершенная жизнь почти полностью уничтожается «внешними силами» – водой и огнем. Интересна «датировка» исторических событий во Вселенной: при минимальной махаюге (четыре юги)
древних индусов в 10 тыс. лет, кальпа (один день Бога-Творца Брахмы)
составляет 10 млн лет (гибель жизни от огня раз в 10 млн лет, от потопов раз в 714 тыс. лет), а предельный возраст всего сущего, как Мира,
созданного Брахмой 365 млрд лет, что много больше современной научной оценки возраста Вселенной 13–15 млрд лет и прогноза ее конца
(22 млрд лет). Так что индуизм и буддизм, в отличие от христианства
(Мир – 6–7 тыс. лет) дают оценку, существенно превышающую значения возраста Мира по данным современной науки.
Итак, античные культуры, индуизм и буддизм признают вечность
Мира, отсутствие какого- либо смысла в его истории и регресс как
самопроизвольное падение качества человека, а вслед за ним и мира
в целом. Лишь немногие могут «вырваться из колеса Сансары», благодаря пути духовного совершенства. В целом доминируют внешние
формы организации (управления) Миром высшими силами, уничто387
жающими окончательно падшее человечество и создающими нового
совершенного человека и природу на смену уничтоженным. Способы
уничтожения – потоп и огонь (в материалистической истории планеты – наводнения, встречи с астероидами). Круговорот событий вечен
и предопределен, не зависимо от воли человека.
Схожие представления о мироздании можно найти и в верованиях
второго после индусов по численности народа – китайцев (конфуцианство, даосизм). В мире существует вечный круговорот пяти стихий:
дерева, огня, земли, ветра, воды. Однако смена стихий не самопроизвольна, а зависит от качества правящих родов (властей). Справедливые, соблюдающие закон неба династии воцаряются на века, а тиранические, нарушающие закон, лишь на годы и десятилетия. Так сказать,
«Сансара с неравномерным вращением». История вселенной началась
с разделения светлой и темной сил – ян и инь (сравнить добро и зло,
хаос и космос в других верованиях). С позиций конфуцианства это
разделение – начало творчества, и в дальнейшем возник прогресс, по
крайней мере, для китайской цивилизации, постигающей законы Неба
и Природы и использующей эти знания в своем быту (изобретение
огня, одежды, земледелия, создание государства…). Для даосизма это
наоборот величайшая трагедия, нарушение гармонии мироздания, отделение человека от природы. Как результат неизбежный регресс человека и природы при развитии цивилизации. Высшая цель истории
– воссоединение инь и ян в первобытную гармонию и это единственно
верный путь путь (дао) для человека и общества в целом.
Иные представления о мироздании характерны для монотеистических мировых религий, исповедующих веру во Единого Бога
(христианство, ислам, иудаизм), и частично древнеиранского верования зороастризма. Круг разрывается – появляются исходная точка
отсчета (сотворение Мира), и закономерный финал – (конец Света).
При этом точной даты конца Света не знает никто, кроме Бога, что
априори делает бессмысленными любые прогнозы в этой области.
Гибель всего человечества, равно как и любого человека может наступить внезапно, не зависимо от возраста, уровня развития, богатства, силы, власти. Конец земной жизни означает начало иной формы
жизни – вечной. Этот переход осуществляется через Божий Суд, на
котором праведники и получившие отпущение грехов обретают вечное блаженство в виде жизни с Богом, а «сотворшая злая» и не раскаявшиеся в этом – вечные муки. На земле справедливого общества
не будет, и история земного рода в целом – регресс, отправной точкой
которого явился первородный грех, познание добра и зла вопреки запрету (заповеди) Бога-Творца. Вся история рода человеческого, от388
раженная в Священном Писании есть история борьбы добра и зла в
душе и жизни как отдельно взятой личности, так и общества в целом.
Творец установил ряд духовных заповедей (законов) человеку, нарушение которых (грех) ведет к смерти. Вместе с тем, осознавая немощь
«человеческого естества», Бог разрешил отпущение грехов через покаяние, дав тем самым надежду на спасение. Для сохранения Жизни
во все более деградирующем, полном лжи и злодеяний обществе, для
возможности обращения к нему, Бог создал Церковь и «врата ада не
одолеют ее» до скончания века. Меняются империи, цивилизации, а
Церковь остается неизменной. Христиане веруют в триединого Бога
(Отца, Сына и Святого Духа), пославшего единородного своего Сына
– Христа искупить земные грехи людей своею кровью и тяжкой смертью на Кресте. Как некогда праведный Авраам не пощадил любимого
сына своего и был готов принести его в жертву, полностью доверившись Богу и любя его более себя и сына, так и Господь отдал Христа
на муки и смерть за падший род человеческий. И с Христом в мир
вошла истина, «возсиял мирови свет разума». Истина абсолютная, а
не относительная как научное знание, и вместе с тем доступная каждому. Христос упразднил самое страшное для разумного человека
– Смерть, показав путь к Жизни вечной через воскрешение. Открылся путь к Богу. Путь через молитву (духовное общение с Творцом),
покаяние, смирение и любовь. Всякий иной путь – ложь и неизбежная погибель. И весь ход истории, от Библейских примеров до наших
дней показывает – пока человек или весь народ с Богом, они живут,
как только против Бога – гибнут, какими бы сильными, могущественными, богатыми они не казались. Итак, появилась точка отсчета,
цель и путь, движение к цели, составляющее смысл земной жизни
человека. Ясно очерченные, в отличие от многих других верований
и религий, ограниченные вполне конкретными временными рамками человеческой жизни, а не бесконечностью или миллионами лет.
Вполне возможно допустить, что этот вектор есть лишь часть гигантского круга древнейших верований, но только разорвав такой круг,
можно четко обрисовать смысл жизни человека и общества. Не буддистский уход в нирвану, с абстракцией от земных бед и страданий,
ни индуисткое блуждание душ по телам животных с миллион-летней
эволюцией, ни даосское стремление плыть по воле волн природы к
первобытному состоянию, даже не исламское беспрекословное подчинение Воли Божьей с неизбежным фатализмом в душе, а христианская жертвенная любовь – служение ближнему, а через него – Богу
своему до самозабвения, до последнего вздоха, последней капли крови, как Христос. Раскаяние, смирение гордыни своей и взамен – ис389
тинное величие человека. Подвиг праведный и «со мною будешь ты
в раи» через мгновенье, а не сотни веков мытарства души по чужим
телам в стяжании «кармы».
Творец создал Мир, все сущее и человека, как высшее из земных
существ, устроенное «по образу и подобию». Это «по образу и подобию» означало в первую очередь – волю, свободу выбора. Либо с Богом, либо против него, либо со Светом, либо с темными силами, либо
с Жизнью Вечной, либо с погибелью. И каждый из нас осуществляет
этот выбор в своей земной жизни. В результате ход истории, онтогенетического развития личности, рода, нации, цивилизации в целом, хотя и контролируется в общих чертах внешними силами, но не
предопределен жестко и во многом зависит от выбора и дальнейших
действий конкретного человека, жителя Земли. Мы не роботы, мир
не фатален и надежда на спасение живет в сердце каждого из нас.
Завершив на этом краткое изложение духовных воззрений на
мироздание и его судьбу, перейдем к анализу доминирующих материалистических или так называемых научных взглядов. Однако,
поскольку истина в науке весьма относительна, особенно в столь абстрактных и не имеющих возможности экспериментальной проверки
фактов и событий построениях как реконструкция и прогноз мировой истории, в ходе такого анализа будем обращаться к изложенным
выше духовным воззрениям, руководствуясь логикой, здравым смыслом и совестью.
Доминирующие в современной науке взгляды на мироздание и
динамику мира в виде теории эволюции материального мира и прогресса сложились относительно недавно – в конце XVIII – начале
XIX веков, по-видимому, под влиянием философии Гегеля (1770–
1831). Общая теория эволюции, подходящая для любого материального объекта постулирует развитие по спирали (комбинация поступательного и вращательного движения):
Каждый новый этап повторяет путь предыдущего, но на ином,
более совершенном уровне. Применительно к человеческому обществу это означало, что новое общественное устройство совершеннее
предыдущего. Но и новое появляется лишь затем, чтобы пройти
тот же путь и уступить место еще более совершенному. Итак, вмес390
то доминирующего в религиозно-философских суждениях тезиса
о регрессе, упадке человечества и природы от момента их создания
Творцом – качественно новые воззрения в виде прогресса, эволюции,
связанных в первую очередь с достижениями науки и техники (орудий труда, производства). Возникла новая «археологическая» история человечества [К. Ю. Томсен (1788–1865): каменный век (орудия
труда из камня), бронзовый век (орудия труда из бронзы), железный
век (вплоть до современности – основной материал железо)]. Только
материальный фактор принимается во внимание. На этом впоследствии создается знаменитый марксизм, объединивший теорию Гегеля с материально-экономической основой человеческого общества:
история (смена формаций) происходит по спирали и движущей силой является развитие производительных сил (научно-технический
прогресс) и в момент кризиса между новыми производительными
силами и старыми производственными отношениями наступает неизбежная смена формаций – революция (К. Маркс, 1818–1883). В естественных науках также воспринята эта материалистическая идея.
Учение об эволюции живой природы – Ж.-Б. Ламарка (1744–1829)
– от примитивных видов к более совершенным, чему способствуют,
с одной стороны, воздействие окружающей среды (упражнения), с
другой, – наследование приобретенных признаков, стремление, заложенное в каждом организме к прогрессивному развитию. Ч. Дарвин (1809–1882) и А. Уоллес (1822–1913) создают теорию эволюции
видов путем естественного отбора. Позже неодарвинизм (синтез генетики, молекулярной биологии, палеонтологии и т.д.) постулирует
общую теорию органической эволюции путем естественного отбора
признаков, детерминированных генетически и возникающих случайно посредством мутаций генов. В настоящее время это общепризнанная точка зрения, своеобразный догмат в биологии и экологии,
усердно насаждаемый в сфере образования от начальной школы до
высшей, хотя при критическом анализе легко обнаружить его множественные недостатки. Это и отсутствие переходных форм организмов, устойчивость рудиментов и атавизмов, совпадение ареалов оседлых и подвижных видов, разрывы ареалов, неприятие новых генов
организмом и видоизмененных организмов биологической средой,
наконец, принципиальная невозможность проверки догмата о естественном отборе как движущей силе эволюции. Организмам наряду с
адаптацией, приспособлением к факторам внешней среды свойственна активная, целенаправленная средообразующая деятельность по
изменению этих самых факторов, что блестяще подтверждено тезисом о геологической роли живого вещества в учении Вернадского. Да
391
и из соображений здравого смысла чисто материалистическая идея о
«вселенской грызне» вряд ли могла быть положена в основу мироздания. Ведь, уничтожив в борьбе за существование конкурентов, «сильнейшие и лучшие» остались бы в одиночестве и погибли бы от банального отсутствия пищи. Напротив, абсолютно невыгодные с этих
позиций любовь, взаимопомощь приводят к возможности стабильного сосуществования живых организмов во всем их многообразии.
Последний тезис подтверждается сравнением областей устойчивости
известных моделей комменсализма, мутуализма, кооперации на фоне
амменсализма и конкуренции видов (Федоров, Гильманов, 1980).
Столь же проблематична и общая теория эволюции Вселенной,
родившаяся в прошлом веке в точных науках (астрофизика, физика
частиц) и постоянно изменяющаяся по мере накопления эмпирического знания в этих науках. Идея «Большого взрыва» с последующими стадиями инфляции, нуклеосинтеза, синтеза элементов по мере
возникновения условий взаимодействия тех или иных элементарных
частиц корректируется в зависимости от изучения природы самих
частиц, их противоположностей (античастиц) и взаимодействий
между ними, получения новых данных о строении материи (в том
числе и «темной») из космоса при помощи искусственных летательных аппаратов. Но сама теория, рисуя возможную картину динамики
Вселенной, не дает ответа на вопрос о первопричине этой динамики.
Противоречив и прогноз дальнейшей судьбы Вселенной на этой основе. Значит гносеологическая ценность подобных построений пока
невелика, а их искусственная догматичность и насаждение в обществе по сути может иметь лишь одну цель – борьбу с религиозными
воззрениями о целенаправленном сотворении Мира и Высшем промысле о путях его развития.
Не менее уязвимы господствующие материалистические взгляды на образование планеты, зарождение жизни и ее эволюцию, якобы подтверждающиеся экспериментально археологическими и палеонтологическими изысканиями. Начнем с того, что мы никогда
не сможем с уверенностью сказать «да это было так», поскольку это
происходило в прошлом и повторить экспериментально в настоящем
то или иное историческое событие невозможно. Далеко не безупречен базовый палеонтологический тезис «чем глубже, тем старше». На
фоне круговорота пород, движений земной коры, поверхностной эрозии и множества других сил, меняющих облик планеты, относительно молодые геологические образования вполне могут перекрывать
более старые. Совершенно не обязателен тезис о постепенности наслоений, если речь идет об осадочных породах и господствующая еще
392
недавно, поддерживаемая религиозными воззрениями, точка зрения
о вселенской катастрофе в виде потопа совсем не хуже объясняет последовательность отложений и их повсеместность на разных участках
планеты. Кроме того именно катастрофические события (потопы, извержения, встречи с небесными телами) могут объяснить массовость
гибели «руководящих форм», их перевод в окаменелости вместо гниения и сохранность до наших дней, наличие артефактов в виде окаменелостей рожающих особей, заглатывающих пищу, встречаемость
в одном слое организмов, не могущих сосуществовать с позиций постепенной эволюции. Кстати другой вариант вселенской катастрофы
– столкновение с крупным небесным телом и поражение огнем поверхности планеты вполне подходит для объяснения генезиса латеритов
с их инверсией плотности и отсутствием каких либо руководящих
форм (Smagin, 2010). Еще больше претензий к абсолютной датировке
событий, по сути предполагающей, что датируемый экспонат не подвергается никаким воздействиям и полностью лишен массообмена с
окружающей средой. С точки зрения математики получается вообще
абсурдная вещь: мы изучаем радиоактивный распад в течение 100 лет,
а экстраполируем результаты на миллионы и миллиарды лет. То есть
по одной точке строим кривую. Ведь невозможно проверить истинность положения о неизменности скорости радиоактивного распада
на таких огромных отрезках времени. Кстати множество физических
факторов и среди них – бомбардировка другими частицами может
повлиять на этот процесс. Не говоря уже и о соотношении исходных
изотопов и продуктов, по которому судят об «абсолютном возрасте».
Ведь природные кислые воды вполне могут вымывать из датируемого образца тот же радиоактивный свинец с таким же успехом, как и
обычный. Останавливаться на подобных примерах нет возможности,
но профессионалы хорошо знают, насколько уязвимы радиоизотопные, да и иные физические методы датировки и сколько здесь возникает противоречий.
По поводу материалистической теории самозарождения жизни
можно сказать, что это еще более абсурдный догмат, упорно насаждаемый в виде «научного знания» в сфере образования. Опаринский
«бульон» с галимовскими «подогревом и специями» или хазеновскими «гиперциклами» по сути ничем не отличается от гнилого мяса
средневековых виталистов, «научно обоснованно» считавших его источником самозарождения червей. Мысль о том, что живое возникло
в результате случайного взаимодействия органических молекул по
известным словам Ф. Хойла «столь же нелепа и неправдоподобна,
как утверждение, что ураган, проносясь над мусорной свалкой, мо393
жет привести к сборке «Боинга 747». Добавим, что если этого не происходит за год или десять лет, значит, не произойдет и за миллионы
или миллиарды. Вероятность не зависит от времени. Итак, постулаты
эволюционной теории в естествознании далеко не безупречны. Экспериментально их доказать практически невозможно, и они являются своего рода религиозными воззрениями, фанатично отстаиваемые
рядом ученых-материалистов. Однако самое губительное – это перенесение подобных идей в социальную сферу взамен духовных заповедей и законов Жизни.
Перенесению теории эволюции в социальные сферы во многом способствовало социал-дарвинистское учение Г. Спенсера (1820–1903). Научно-технический прогресс есть способ биологического совершенствования и борьбы человека за самоутверждение в природе и в обществе.
Идет борьба за существование (классовая, аналог межвидовой) и естественный отбор наиболее приспособленных, развитых особей. Прогресс
жесток, но необходим. Вечной морали нет. Каждый новый победитель
формирует свою мораль, отвечающую его биологическим и экономическим интересам. Истинно и морально то, что выгодно. Эти кощунственные для любого честного человека догмы активно насаждаются и сегодня
(например, Никонов, 2005). Как следствие подобных воззрений возникает расизм [Ж. Гобино (1816–1882), Л. Вольтман (1871–1907), Ф. Ницще
(1844–1900)]. Из трех основных человеческих рас, лишь белая, арийская
(европейская) обладает способностью к полноценному развитию и является двигателем прогресса. Желтая, черная расы не способны к духовному развитию, совершенствованию жизни и их удел лишь физический
труд. Историю движут волевые действия лучших представителей арийской расы и их мораль – истина. Результат подобных эволюционных и революционных теорий (социал-дарвинизм, расизм, марксизм-ленинизм),
построенных не на любви к ближнему, не на вечных законах (заповедях),
а на борьбе за существование (классовой, расовой) и вольности сильнейшего, поистине страшен – массовая гибель людей в революционных
потрясениях и мировых войнах XX века. И распад в одночасье «колосса
на глиняных ногах» – безбожного государства СССР, нашей многострадальной Родины.
Якобы альтернативными представляются теории современности:
«Открытое общество» К. Поппера (1902–1994) при поддержке Дж. Сороса. Человечество стремится к миропорядку, лучшему устройству, основанному на ценностях западного общества, политической демократии,
максимальной экономической и культурой свободе личности в максимально «открытом обществе». Распространение этих идей во всем мире
– глобализация – означает будущее слияние всего мира в экономическое,
394
культурное и политическое целое. (Вспомним евангелический прогноз
Апокалипсиса о воцарении над всем миром Антихриста в последние дни
на подобных идеях о «свободе»). Свобода сильнейшего означает подчинение своим интересам, угнетение им всех остальных как это происходит
в наши дни (нефтяные войны США и европейских стран, насильственное насаждение глобализма). Это та же борьба за существование только
под новыми лозунгами. Против этих, чуждых русскому народу западных
идеалов активно выступает сегодня Русская православная церковь во
главе с ее Патриархом.
История показывает, что научно-технический прогресс не может
быть ключевой идеей развития земной цивилизации, человеческого общества. «Голый прогресс» на фоне бездуховности и морального упадка
общества неизбежно ведет к гибели природы, экологическому кризису,
деградации человека, он не приносит счастья. То, что является несомненным прогрессом для одних народов, становится реакционным фактором
для других. Так, покорение европейцами стран Азии, ограбление Византийской империи, колониальные войны, способствовав улучшению
благосостояния Европы, задержали развитие самой Азии и привели к
гибели сотен миллионов коренного населения захватываемых земель.
Прогресс весьма относителен. Далеко не всегда новое поколение лучше предыдущего (ум, честь, мужество, здоровье). Технический прогресс
уничтожает природу, других жителей планеты, пожирает ее ресурсы, то
есть ведет к гибели. Да и сама идея вечного прогресса, восхождения по
спирали без конца абсурдна, ибо все сущее имеет свой срок и ничто (личность, культуры, цивилизации, материки, планеты) не существуют вечно,
о чем напоминает непрестанно человеку Церковь. Жизнь очень хрупка, и
без сохранения Вышними силами кажется просто невероятной.
Организмы, экосистемы, биосфера – суть структуры в потоках. В
современной науке биологические, биокосные и социально-биокосные
единства рассматриваются как открытые, неравновесные по отношению
к источнику и приемнику системы, в которых непрерывно протекают
самопроизвольные, термодинамически выгодные диссипативные процессы распада, разложения, разрушения и одновременно с ними созидательные, сопряженные (по Голубеву, 1991) процессы синтеза, образования, концентрирования вещества, энергии и информации. Сопряженные
(созидательные) процессы сами по себе (без диссипативных) идти не могут. Поэтому динамика, развитие таких систем определяется процессами,
сопряженными с необратимыми потоками вещества и энергии, которые
самопроизвольно протекают в мегасистемах (распад Солнца, остывание
Земли) при их движении к равновесию. Идея о сопряженности процессов подчеркивает относительность прогресса – всегда нужен источник
395
разрушения для осуществления этого самого прогресса. Закономерный
финал в погоне за техническим прогрессом – гибель планеты и необходимость поиска новой «чистой» с ресурсами. Это убедительно показали
«мировому правительству» члены Римского клуба, основываясь на классических работах 60–80-х годов по моделированию мировой динамики
Дж. Форрестера и четы Медоузов, и их сценарии (прогнозы), к сожалению, оправдываются. Неравновесность живых организмов, включая
человека, экосистем, биосферы, по сути, означает неприемлемость второй руководящей идеи современного мира – концепции «устойчивого
развития», базирующейся на кондовых линейных воззрениях на мир и
его динамику. Абсурдность этой идеи, очевидно, заключена в самом названии, ведь развитие, в отличие от состояния, не бывает устойчивым.
Кроме того указанные выше системы нелинейны, обладают множеством
характерных состояний (аттракторов), сложными эндогенными, рождаемыми самой системой, типами поведения, включая колебания, хаос,
за пределами равновесия, катастрофически быстрыми переходами из
одних (неустойчивых) состояний в другие. Современная естественнонаучная картина динамики объектов мироздания оперирует понятиями
нелинейной кинетики (синергетики), согласно которым мир находится в
постоянном движении по направлению «привлекательным» состояниям
(аттракторам), где возможна временная стабилизация в зависимости от
степени их устойчивости. Этакая вечная мелодия от переходных звуков к
тональным. Задержать систему в устойчивом состоянии, очевидно, можно, но это потребует консолидации внутренних сил и механизмов при
минимальных внешних воздействиях и, главное, сокращениях темпов
динамики (сиречь развития) системы, включая численность организмов.
Этот тезис хорошо иллюстрирует простейшая нелинейная модель производства биомассы в виде разностного аналога известного в экологии
логистического уравнения Ферхюльста-Перла: Bn+1=(1+r)Bn–rBn2, где
где Bn – запасы биомассы к концу периода биологической активности в
n-ом году (n=1,2,3....N), а Bn+1, – в последующем за n (рисунок). Управляющим параметром служит удельная интенсивность роста биомассы
(мальтузианский параметр r). Диапазон 0 < r < 2 обеспечивает устойчивость системы; при превышении указанного диапазона система теряет устойчивость, удаляется от равновесия, и здесь в силу нелинейности
появляются качественно новые режимы, включая хаос (Пайтен, Рихтер,
1993) (рисунок).
Видимо в биосфере мы благодаря «техническому прогрессу» уже
вышли из области устойчивости с «гладкими режимами» (а-б) и приближаемся к хаосу. А этот режим (заметим, сугубо эндогенный) характеризуется сильной зависимостью от начальный условий и поэтому непред396
Потенциальные динамические режимы поведения биомассы (В)
и органического вещества почвы (Х): а - устойчивый узел, б устойчивый фокус, в - предельный цикл, г - двухточечный предельный
цикл, д - хаос (странный аттрактор)
сказуемостью и чреват «случайным» выходом на критическое значение
(например, минимальная биомасса), тождественное гибели. Значит вместо размытого «устойчивого развития» сегодня нужны жесткие ограничения «табу», свойственные даже самым примитивным с точки зрения
современной цивилизации обществам, и уж тем более известные самой
«цивилизации» в виде духовных законов мироздания. Одной «ноосферы» для управления миром оказывается недостаточно. Для этого нужно
знание, духовная зрелость и мудрость, всеобщее стремление человечества и организованное, согласованное Творчество.
В заключении постараемся сформулировать основной закон современной экологии: «живущее в настоящем обязано условиями жизни прошлым поколениям и готовит таковые для будущих». Закон
справедлив для всех классов объектов биосферы, включая социальные.
При этом неверно было бы понимать под условиями лишь материально-энергетические факторы, обеспечивающие существование и эволюцию Жизни на планете во всем ее разнообразии и на различных уровнях
организации. Условия Жизни – это прежде всего свод законов, правил,
от фундаментальных законов физического бытия, до нравственно-духовных заповедей, открытых человечеству, соблюдение которых гарантирует жизнь и благосостояние, гармонию человека, природы и их Творца.
397
Литература
Голубев В.С. Термодинамические критерии эволюции и развитие биосистем //
ЖОБ. 1991. Т. 52, №2. С. 149–162.
Никонов А. Апгрейд обезьяны. М.: НЦ ЭНАС, 2005. 352 с.
Пайтген Х-О., Рихтер П.Х. Красота фракталов. М.: Мир,1993.176 с.
Федоров В.Г., Гильманов Т.Г. Экология. М.: МГУ, 1980. 464 с.
Smagin A.V. New hypothesis of an origin laterits and loess // 19th World Congress
of Soil Science, Soil Solutions for a Changing World, 1–6 August 2010, Brisbane, Australia.
Published on CDROM, 4NSA67DNA.
ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ БИОСФЕРЫ
В.В. Снакин, д.б.н., профессор
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино,
Музей Землеведения МГУ им. М.В. Ломоносова
1. Жизнь есть развитие. Устойчивость систем противостоит развитию. Поэтому концепция так называемого устойчивого развития лишена смысла даже в терминологическом отношении. Уточнение перевода
«sustainable development» на русский язык как «поддерживаемое развитие» оправдывает лозунг лишь частично, поскольку предполагает знание
законов развития, чтобы не противодействовать эволюции. Незнание законов развития биосферы и мироздания в целом приводит к сомнительным концепциям типа концепции глобального потепления в результате
антропогенной деятельности или образования «озоновых дыр» вследствие воздействия фреонов. Ложная концепция порождает ложные усилия, обходящиеся налогоплательщикам в миллиарды долларов.
2. Избежать ошибок и ложных концепций позволяет знание законов развития природы. Необходимо заметить, что в экологии историзму, анализу закономерностей эволюции экосистем и биосферы в целом
уделяется крайнее малое внимание, что позволяет манипулировать
результатами краткосрочных наблюдений. «Экология практически не
рассматривает эволюционные проблемы, потому из системной триады
– история, структура, функция – практически выпало историческое
звено» (Красилов, 1992). В то же время «Чтобы сделать шаг вперед,
человечеству следует пустить своих ученых-разведчиков прощупать
почву под ногами и понять, как она жила в череде, по крайней мере,
семи поколений» (Тюрюканов, Фёдоров, 1989, с. 279).
3. Эволюция – это закономерный процесс развития живой природы в сторону усложнения ее организации и прогрессивно нарастающей
независимости от внешних условий (Бауэр, 1935; Гленсдорф, Пригожин, 1973; Альбертс и др., 1989). Более высокая форма проявления за398
кона эволюции в живой природе – образование сообществ, воздействие
которых на среду их обитания приводит к глубоким и необратимым ее
изменениям. Так, растительные сообщества, преобразуя неорганическую природу (породы, продукты выветривания и их переотложения)
формируют особое естественноисторическое тело – почву, которая
обеспечивает существование растительных сообществ и эволюционирует вместе с ними (Бойко, 1997). «Увеличение независимости от
прежних условий существования, освоение новых, более разнообразных условий (новых, более широких адаптивных зон), более широкая
степень автономизации развития, возникновение все более совершенных регуляторов, все более полное овладение средой – вот возможные
критерии для сравнения групп по пути неограниченного прогресса»
(Тимофеев-Ресовский, Воронцов, Яблоков, 1977).
4. Вполне естественно, что под воздействием человека, происходят необратимые изменения в биосфере. Всякий доминирующий вид
существенным образом изменяет облик своего местообитания. Человечество преобразило «лик Земли», и нет ничего в этом необычного:
так дуб обусловливает своеобразие дубравы, динозавры в свое время
создали неповторимые картины юрского периода. Как всякая система,
современная цивилизация и обусловленная ею биосфера видоизменяется, эволюционирует, а скорость эволюции и направление во многом
заданы самой природой, а в чем-то зависят от нас: от того, насколько
чётко и научно обосновано мы будем решать встающие перед человечеством экологические, ресурсные, биомедицинские, социально-экономические проблемы; насколько научимся контролировать последствия собственной деятельности, а в дальнейшем минимизировать и
природой обусловленные кризисы.
5. Скорость эволюции биосферы увеличивается. Об этом свидетельствует сжатие исторических (геологических) периодов развития
жизни на Земле (если протерозой охватывает период 600–800 млн лет,
то кайнозой – уже 56–66 млн лет). О сжатии исторического времени
пишет и С.П. Капица (1999), анализируя периоды развития человечества. Возможно, что увеличивающаяся скорость эволюции и воспринимается нашими современниками как негативные для биосферы
последствия деятельности человека и даже как начало «конца Света».
Хотя мы, конечно же, не знаем к каким последствиям приведёт это ускорение эволюции.
6. Увеличивается и активная энергия живых организмов на Земле
в ходе геологического времени при примерно одной и той же активности Солнца. Концентрация внутренней энергии живого вещества
обеспечивает способность производить работу по преобразованию
399
внешней среды, а не только на адаптацию к ней. По мнению С.В. Бойко
(1997) гигантские ящеры вымерли (а процесс их якобы «мгновенного»
вымирания длился миллионы лет) не от того, что изменились внешние,
географические условия, а от того, что они не выдержали конкурентной борьбы с более работоспособными и более высокоорганизованными животными, способными изолировать себя и своё потомство от
неблагоприятных климатических условий созданием жилища и запасов продовольствия. Эволюция заключается не столько в накоплении
массы тела, сколько в ускорении реакции на внешние раздражители и
концентрации энергии.
7. Человечество достигло значительной концентрации энергии.
Согласно В.И. Вернадскому, ноосферогенез – совместная эволюция
(коэволюция) биосферы и человечества – составляет главную черту
современной геологической стадии эволюции биосферы.
8. Эволюция биосферы взаимоувязана с эволюцией форм живого
вещества (организмов и их сообществ – биогеоценозов) и усложнением их биогеохимических функций. Эволюция биосферы, обусловленная биогеохимической работой живого вещества, в свою очередь, стимулировала и направляла эволюцию конкретных видов организмов
(обратная связь в эволюции – Тюрюканов, 2001).
9. Развитие систем происходит в различных условиях: 1) автономное (аутогенное, или прогрессивное) развитие, или саморазвитие, когда влияние внешних факторов минимально; 2) аллогенное развитие,
или кризисное развитие под доминирующим воздействием внешних
для системы сил. Закономерности этих двух процессов различны, чаще
всего противоположны.
10. Обобщение закономерностей аутогенной эволюции приведено
в таблице на основании обобщения работ (Красилов, 1992; Любищев,
1950; Одум, 1986; Снакин, 2008 и мн. др.).
11. Сопоставляя направленность наблюдаемых в настоящее время
глобальных процессов в биосфере с закономерностями, изложенными
в приведенной таблице, можно попытаться определить, в каком направлении развивается наша биосфера. В случае соответствия можно
говорить о преобладании в нашей биосфере аутогенной эволюции, т.е.
развития в результате внутренних причин. Несоответствие даёт основание говорить об аллогенной эволюции, т.е. о кризисном развитии,
ведущем к глобальной катастрофе.
12. Анализ первопричины многих экологических проблем – роста численности человечества – показывает, что на сегодняшний день
экспоненциальный рост народонаселения планеты сменился так называемым демографическим переходом, когда кривая численности на400
селения принципиально изменилась и вышла на стадию насыщения.
Объяснение феномена демографического перехода, очевидно, нужно
искать в закономерностях эволюционного развития: общая тенденция
снижения энтропии с неизбежностью ведёт от расточительной высокой репродуктивной способности (r-стратегии) к более экономной и
эффективной К-стратегии, когда количественные показатели уступают качественному воспитанию меньшего числа более приспособленных, лучше обученных и потому более перспективных потомков. В
демографическом переходе заложена возможность ускорения передачи
информации не только на генетическом, но и на социальном уровнях.
Тем самым достигается ускорение эволюции при нерасточительной
репродуктивной стратегии.
13. Проблема биоразнообразия – одна из приоритетно рассматриваемых глобальных экологических проблем. Человек систематически
воздействует на биологические виды – частью целенаправленно, уничтожая «вредные» виды, но главным образом в результате чрезмерной
эксплуатации природных ресурсов и нарушения местообитаний. Некоторые предположения (точные расчеты провести невозможно даже
из-за незаконченности инвентаризации биоты) утверждают, что за
последние десятилетия исчезла примерно пятая часть представителей
растительного и животного мира – цифра, сопоставимая с массовыми
вымираниями геологического прошлого (Красилов, 1992; Никитин и
др., 1997). Если это действительно так, то речь идет о несоответствии
закономерностям аутогенной эволюции. В таком случае возможны
противоположные суждения: 1) биосфера благодаря человечеству находится в стадии кризисного развития; 2) имеющиеся оценки потери
биоразнообразия и тенденций в этой области не точны. В пользу второго вывода то обстоятельство, что, уничтожая многие естественные
местообитания, человек создает новые техногенные территории и условия, т.е. новые местообитания, давая толчок видообразованию; к этому нужно добавить достижения селекции, создавшей многочисленные
(под)виды сельскохозяйственных и домашних растений и животных, а
также новые возможности генной инженерии.
14. При анализе биокультурного разнообразия (части феномена
биоразнообразия), с одной стороны, отмечается стремительное сокращается разнообразия жизненных укладов и культурных традиций. Коренное население тундры, тропических стран, пустынь безвозвратно
утрачивает навыки традиционного природопользования. В то же вреНекоторые виды исчезают, так и не будучи описанными человеком. Число видов
оценивается величиной примерно 14 млн, а описаны лишь 1,5 млн (ГЕО-4, 2007). На
таком фоне количественные оценки в потере биоразнообразия весьма дискуссионны.
401
мя растет сложность мироустройства, народного хозяйства, приемов и
методов использования природных ресурсов, резко возросла информационная компонента, что в целом делает картину цивилизационного
разнообразия всё более сложной и насыщенной.
15. Наблюдаемое потепление климата и повышение концентрации углекислого газа в атмосфере должно стать причиной изменения
биопродуктивности экосистем в сторону повышения в тех районах,
где позволяют условия увлажнения. Такая тенденция находится в
русле аутогенной эволюции (см. таблицу). К сожалению, мы пока не
располагаем обобщением экспериментальных данных на этот счёт в
глобальном масштабе, чтобы сделать конкретные выводы о динамике этого процесса. При этом, несмотря на значительные, нарушившие
биопродукционный процесс в естественных ландшафтах действия
человека (сведение лесов, опустынивание, «запечатывание» почв антропогенными объектами, создание огромных водохранилищ и т.п.),
можно говорить о высокой продуктивности культивируемых видов
растений и животных благодаря направленной селекционной работе,
об отвоёвывании всё новых высокопродуктивных территорий у морей,
пустынь и т.п. В целом продуктивность сельскохозяйственных территорий, занимающих огромные территории, неуклонно увеличивается:
например, урожайность пашни в 80-е годы прошлого века составляла
1,8 т/га, а через 20 лет – 2,5 т/га (ГЕО 4, 2007). Проблема с лесными
угодьями также имеет тенденцию к положительному решению. Так,
степень лесистости Европейской территории России возрастает (Лесистость, 2007). Отмечается также рост лесистости в целом для территории Европы и Северной Америки: по 0,1 % прироста в год, хотя
среднемировые данные пока свидетельствуют о потерях 0,24 % за год
(ГЕО-4, 2007). Таким образом, в отношении биопродуктивности ландшафтов нет никаких количественных подтверждений тому, что развитие по этому процессу идёт в кризисном направлении.
16. Сквозная тенденция аутогенного развития – снижение устойчивости и увеличение стабильности экосистем – помогает понять
ситуацию со всё увеличивающимися убытками народного хозяйства
от стихийных бедствий. С ростом сложности природно-техногенных
систем, уменьшается их устойчивость к внешнему воздействию. Кроме того, на рост стоимости ущерба в мировом масштабе от стихийных
бедствий в денежном выражении, несомненно, сказывается также
При упоминавшемся повышении температуры для территории России отмечается
также увеличение водности её рек: в целом на преобладающей части страны годовой
сток в последние два десятилетия ХХ века существенно превысили норму (Георгиевский,
Шикломанов, 1996). Отмечается также рост увлажнения атмосферы в целом для
земного шара (ГЕО-4, 2007).
402
неуклонно увеличивающаяся стоимость антропогенных элементов в
ландшафте. При этом количество людей, пострадавших в природных
катастрофах, имеет тенденцию к увеличению (в большой степени за
счет наблюдающегося еще роста населения) лишь для развивающихся стран, а в развитых странах находится на неизмеримо более низком
уровне (ГЕО-4, 2007).
17. В целом проведенный нами ранее (Снакин, 2010) анализ современных глобальных экологических процессов с позиции эволюционизма позволяет утверждать, что, несмотря на значительное воздействие
человека на биосферу, нет достаточных оснований утверждать, что
сегодняшнее состояние взаимодействия биосферы и техносферы в глобальном масштабе описывается закономерностями кризисного развития. К сожалению, в этом отношении для более убедительного анализа
еще не всегда хватает достаточного экспериментального научного материала. Необходимо развивать фундаментальные основы экологии,
расширять наши знания о тонких механизмах функционирования
экосистем, чтобы иметь возможность понять причину происходящих
природных процессов и предсказать их изменения в результате тех или
иных антропогенных воздействий.
18. Природные глобальные процессы имеют циклический характер,
и нет оснований утверждать, что роль человека в них носит определяющий характер. Человек, как и всякий доминирующий в системе вид, изменяет её, приспосабливает соответственно своим природным (а других
нет) потребностям. И это происходит в рамках аутогенного развития
(саморазвития). В этом смысле антропогенный фактор в биосфере нельзя рассматривать как чужеродный (аллогенный) фактор, ибо человек
сам есть часть природы, пусть и очень мощная. В бессмысленности природных катастроф и социальных потрясений (войны, эпидемии, революции), как бы ни были они трагичны для огромной массы людей, заключён
великий смысл выбора направления дальнейшего развития, обеспечивающего лучшее будущее для последующих поколений.
19. Таким образом, для распространившегося, особенно после работ
Римского клуба, алармизма нет достаточных оснований в глобальном
смысле. Как правило, неоправданный алармизм можно признать поДаже стремление человека выйти на космический уровень – всего лишь проявление
феномена «давления жизни».
Алармизм экологический [от фр. alarme – тревога, беспокойство] – научное течение,
акцентирующее внимание на катастрофичность последствий воздействия человека на
природу и необходимость принятия немедленных решительных мер для оптимизации
системы «природа–общество». Манифестом А.э. стал первый доклад Римскому клубу
«Пределы роста».
403
лезным лишь в малой степени. Гораздо важнее знать и предвидеть реальную ситуацию, реальные процессы и тенденции. Без этого огромные
средства, затрачиваемые на охрану природы, не принесут желаемых результатов. Особенно неконструктивны прогнозы о неминуемой гибели
человечества и даже биосферы. Конечно, в нашем неустойчивом мире
катастрофы (особенно локальные) вполне реальны. Но обвинять человечество в некоей злонамеренности, по меньшей мере, несправедливо. В
связи с этим актуально замечательное высказывание В.И. Вернадского:
«В настоящее время под влиянием окружающих ужасов жизни наряду
с небывалым расцветом научной мысли, приходится слышать о приближении варварства, о крушении цивилизации, о самоистреблении человечества. Мне представляются эти настроения и эти суждения следствием
недостаточно глубокого проникновения в окружающее. Не вошла еще в
жизнь научная мысль…» (Вернадский, 1991).
20. Неприятие необоснованного алармизма вовсе не означает призыв покорять природу любой ценой. Очевидно, что экологическая ситуация во многих регионах Земли существенно ухудшена человеком.
Слишком часто мы становимся свидетелями по сути региональных
экологических катастроф. Для того чтобы региональные катастрофы
не стали глобальными необходимо, чтобы деятельность по восстановлению ландшафтов, деградированных по вине человека или в результате техногенных катастроф, приобретала всё более расширяющиеся
масштабы. Необходимо продолжать обширные мероприятия по охране и восстановлению экосистем (расширение охраняемых природных
территорий, ведение Красных книг и др.). Важно развивать научные
основы этой деятельности в рамках конструктивной экологии, или
экологии природовозрождения (Дёжкин и др., 2007).
21. Концепция устойчивого развития – это попытка анализа современной ситуации с позиции наблюдаемых в последнее время динамических изменений в обществе. В этом заключается односторонность
подхода, поскольку цикличность процессов, лежащих в основе развития, существенно ограничивают точность прогноза. Так, несмотря на
тридцатилетнее господство концепции, не удалось предугадать наступление мирового экономического кризиса. Поэтому следует признать концепцию устойчивого развития в полной мере исчерпавшей
себя и начать разработку новой концепции, основанной на глубинном
Можно признать некую полезность алармизма в воспитательном аспекте. В то же
время преувеличение кризисных явлений ведет, во-первых, к негативным настроениям,
а, во-вторых, снижает интерес к экологической проблематике в обществе, поскольку в
реальности уровень жизни растет, продолжительность жизни растет, следовательно
в целом растет и качество жизни.
404
понимании законов развития биосферы и общества. Очевидно, что одним из главных этических принципов взаимоотношения человечества
и биосферы при этом должен стать развиваемый многими религиями,
особенно в христианстве, принцип минимизации, самоограничения
потребностей человека.
22. Для того, чтобы осознание необходимости самоограничения
потребностей вошло «в плоть и кровь» современного человека и особенно наших потомков, необходимо расширять экологическое образование как в средней, так и в высшей школе. К сожалению, в нашей
стране наблюдается обратная картина.
Литература
Альбертс Б., Брей Д. и др. Молекулярная биология клетки. Т. 1-3. М.: Мир, 1995.
Бауэр Э.С. Теоретическая биология- М.-Л.: ВИЭМ, 1935. 206 с.
Бойко С.В. Физика и эволюция. Часть 1. Физическое обоснование процессов эволюции природы. – Пущино, 1997. – 112 с.
Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967. 367 с.
Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. М., 1991. 270 с.
ГЕО-4. Глобальная экологическая перспектива. Окружающая среда для развития. – Найроби (Кения): ЮНЕП, 2007. 540 с.
Гленсдорф П., Пригожин И. Термодинамическая теория структуры, устойчивости
и флуктуаций. М.: Мир, 1973. 280 с.
Дёжкин В.В., Снакин В.В., Попова Л.В. Экология природовозрождения // Использование и охрана природных ресурсов России. 2007. № 4. С. 3–11.
Капица С.П. Общая теория роста человечества: Сколько людей жило, живёт и
будет жить на Земле. М.: Наука, 1999. 190 с.
Красилов В.А. Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты. М.: ВНИИприрода, 1992. 173 с.
Лесистость // Национальный атлас России. Т. 2 «Природа. Экология». М.:
Роскартография, 2007. С. 341–343.
Любищев А.А. в письме Холодному Н.Г. 1950. Цит. по: Шрейдер Ю.А., Мейен С.В.,
Соколов Б.С. Классическая и неклассическая биология. Феномен Любищева // Вестник РАН. 1977. C. 112.
Никитин А.Т. и др. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. М.:
МНЭПУ–Новь, 1997. 744 с.
Одум Ю. Экология. В 2 томах. М.: Мир, 1986. Т.I. 328 с. Т. 2.376 с.
Снакин В.В. Экология и природопользование: Энциклопедический словарь. М.:
Academia, 2008. 816 с.
Снакин В.В. Глобальный экологический кризис: ресурсный и эволюционный аспекты // Век глобалистики. 2010. № 2. С. 105–114.
Тимофеев-Ресовскй Н.В., Воронцов Н.Н., Яблоков А.В. Краткий очерк теории эволюции. М.: Наука, 1977. 302 с.
405
Тюрюканов А.Н. Избранные труды: К 70-летию со дня рождения. М.: Изд-во РЭФИА, 2001. 308 с.
Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. «Биосфера и человечество» и биосферное естествознание // Онтогенез, эволюция, биосфера. М.: Наука, 1989. С. 265–280.
БИОСФЕРА И ПОЧВЫ – КОЛЫБЕЛЬ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
И ОСНОВА ЕГО РАЗВИТИЯ. ЧТО ЖЕ ДАЛЬШЕ?
Г.И. Флёрова, к.б.н.
Биосфера – колыбель человечества. Это среда, которая взрастила
человека в эпоху голоцена – современного отрезка четвертичного, антропогенового периода, начавшегося около 11000 лет назад. Такое утверждение, обогащённое палеонтологическими и антропологическими находками, очевидно ни у кого не должно вызывать сомнений. Это не просто
факт, но одно из важнейших эмпирических обобщений ХХ века.
«Благодаря земледелию он |человек| себя в своём питании освободил от стихийной зависимости от живой окружающей природы, тогда
как все другие организованные существа в этом отношении являются
её бессильными придатками» (Вернадский, 1993, с. 298).
Какой станет биосфера на новой стадии своего развития? – Подобной той, какую прогнозировал В.И.Вернадский в работе «Несколько слов о ноосфере» (1944)? – Сферой, где происходит синтез естественных и социогуманитарных знаний, где культура и наука выполняют
исключительно важную роль и создаются новые, сугубо мирные, а не
направленные на разрушение технологии и где осуществляется сознательная деятельность людей как организованного единства человеческого бытия? Насколько усилится круговорот духа в биосфере и не
преобразуется ли она в «пневматосферу» (согласно П.А.Флоренскому,
1927)? Или же на новом этапе геокосмической эволюции ещё ярче
проявится ноосферная природа самой планеты Земля? Многое из этого прояснится уже в ХХI веке.
Что же касается проблемы сохранения плодородия почв как основы для получения продуктов питания и выживания в будущем, то она,
по-видимому, станет яснее в зависимости от решения выше поставленных вопросов. При этом важно, чтобы исследования проблем биологической геологии, геологической химии, биогеохимии, всего комплекса
биосферных наук и новейших технологий не зависели от диктатуры
современной рыночной экономики.
В 1925 г. в Сорбонне (Париж) В.И. Вернадский прочёл лекцию
«Автотрофность человечества», которая у нас публиковалась и переиздавалась значительно позже (1940, 1980, 1993). Идея учёного о том, что
406
«непосредственный синтез пищи, без посредничества организованных
существ, <…> коренным образом изменит будущее человека» (там же),
дала у нас толчок обильным дискуссиям в научных и околонаучных
кругах. В начале 90-х гг. случались семинары, на которых обсуждалась
тема «автотрофности человека». Этот процесс у человека (а не у человечества, – хотя и ссылались на В.И. Вернадского!) преподносили, как
подобный фотосинтезу в листьях зелёного растения. Однако идея учёного заключалась вовсе не в этом.
Идея автотрофности заключает в себе глубокую веру в интеллектуальные способности человека разумного и в безграничные возможности науки. Величайшие мыслители, и среди них – наш В.И. Вернадский были уверены в возможности создать такие научно обоснованные
разработки, с помощью которых человечество становилось бы всё более
независимым от потребляемых им природных материалов и веществ.
Человеческий разум таким «автотрофным» путём не только создал бы
новое большое социальное достижение, но ввёл бы в механизм биосферы новое большое геологическое явление. «Непосредственный синтез
пищи, без посредничества организованных существ, <…> коренным
образом изменит будущее человека. <…> Из существа социально гетеротрофного он сделался бы существом социально автотрофным»
(Вернадский, 1993, с. 301–302).
Выдающийся советский физик, авиаконструктор и философ
Р.Л. Бартини («русский итальянец», которого С.П. Королёв считал
своим учителем) высказывался в ключе подобных интеллектуальных
идей следующим образом: всё, что открывает человечество в техносфере, т.е. в технологиях, существует в природе самого живого вещества.
«Эволюция машины – действующая модель эволюции живой природы. Техносфера повторяет тот же путь, но ускоренно» (цит. по: Бузиновский, Бузиновская, 1994). Быть может, поэтому взгляд на автотрофность человека – видение аналогии с фотосинтезом зелёных растений
не кажется теперь столь наивным, а идея автотрофности человечества
могла бы уже в ближайшее время опираться на соответствующие синтетические, возможно, геокосмические технологии.
Добавлю несколько строк к употребляемым здесь созвучным, но различающимся понятиям: «Человек» и «Человечество» – принципиально
разные категории. Человек – это прижизненное явление, человечество
– историческое и космическое. Человечество – не простая арифметическая совокупность всех людей, обитающих на планете. Человечество
состоит из этносов, которые нарождаются, живут и уходят в небытие.
Человечеству достаётся энергетика «былых человечеств», экологическая
грязь предшественников и очередное поле трудностей, которые нередко
407
приводят к гибели так называемых народов (в науке обозначаемых как
популяции вида Homo sapiens)» (Тюрюканов, Фёдоров, 1996).
Сейчас в интернете легко отыскать статью академика АМН, д.м.н.
В.П. Казначеева «Ноосфера В.И. Вернадского это автотрофность человечества» (2003). Статья эта – краткий, в виде тезисов обзор лекций, прочитанный в 2001–2002 гг. на собрании валеологов, экологов
и психологов. Автор ссылается на фундаментальные работы в области
экологии, теоретической биологии, практической медицины и начинает свою статью с известной цитаты: В.И. Вернадского (1994): существует «какое-то коренное различие живого от мёртвого, а это различие
должно свестись к какому-то различию материи или энергии, находящимися в живом организме, по сравнению с теми их формами, которые изучаются в физике и химии, т.е. в обычной косной, безжизненной материи, или оно указывает на недостаточность наших обычных
представлений о материи и энергии, выведенных из изучения косной
природы, для объяснения всех процессов живого».
В работе «Научная мысль как планетное явление» (гл. IX, 1991)
В.И. Вернадский приводит чёткие различия между живыми и косными естественными телами – по их проявлениям в биосфере. К обсуждению вопросов об автотрофности особое внимание уделяется таким
из этих проявлений как диссимметрия органических молекул живого,
способность живых естественных тел создавать ими самими из окружающей среды свой химический статус и менять состав изотопов.
Учёный предвидит, что для синтеза пищевых продуктов необходимо
не просто научиться синтезировать углеводы, полипептиды и т.д., но
иметь среди них такие ресурсы, которые были бы адекватны по изотопическим смесям живому веществу. Возможно, для этой цели нужны
будут чистые изотопические фракции всех изотопических элементов
– кислорода, углерода, калия и т.д. – и нужно будет научиться сочетать
их при синтезе.
В указанной выше обзорной статье В.П. Казначеев с сожалением
подчёркивает, что темы исследований, связанных с проблемой автотрофности человечества, до сих пор не развёрнуты у нас в стране (мы
имеем достаточные для этого ресурсы и теоретическую базу) и что
современные научные исследования подчинены диктату рыночной
экономики. Имеется в статье и такая печальная констатация: «Строительство ноосферы за счёт продуктов питания и почвенных покровов
биосферы, а также водных ресурсов оказывается невозможным».
Трудно судить о перспективах победы разума над стихийным процессом эволюции, который никогда не прекращался на нашей планете,
но со временем подвергся всё усиливающемуся влиянию новой для
408
неё геологической силы – того же разума и окрылённого им человечества. Мне, как неспециалисту, остаётся лишь констатировать новую
волну интереса научной общественности к сложнейшей для решения в
реалиях нашей жизни проблеме автотрофности. Но не будем ни на минуту забывать, что «Почва – наш самый драгоценный капитал. Жизнь
и благополучие всего комплекса наземных биоценозов, естественных и
искусственных, зависят в конечном итоге от тонкого слоя, образующего самый верхний покров Земли». Такую высокую оценку можно дать
той теме, которую призвана осветить наша научная конференция.
Почерпнула я эту оценку – высказывание одного из ведущих экологов мира, бельгийца, работающего во Франции, Жана Дорста (1968)
– из хорошо известной в этой аудитории книги А.Н. Тюрюканова «О
чём говорят и молчат почвы» (1990, с. 110). Ещё раз просматривая,
перечитывая книгу Анатолия Никифоровича – это имя, уверена, объединяет сегодня всех собравшихся – подумала накануне нашей здесь
встречи, что эта небольшая, умная, с особой любовью к почве – материкормилице написанная книга существует нам во спасение. В ней есть
ответы на все вопросы, которые ставит наша российская действительность относительно главного нашего богатства – почв. Только читай,
думай и делай (!).
Тема «Биосфера и почвы» до последнего времени была неизменно
сопряжена с темами «Биосфера и ноосфера», «Биосфера и человечество», «Устойчивость и развитие», наконец, с вопросами об эволюции
планеты и биосферы в целом и её почвенного покрова, в частности.
При этом понятие «развитие» с научной точки зрения остаётся недостаточно ясным. Можно ли считать развитие прогрессивным, регрессивным или волнообразным?... Более того, развитие предполагает ход,
движение, скачки и, таким образом, не может быть устойчивым. Оно
неустойчиво в ходе времени, как и всё в природе (Моисеев, 1998; Казначеев, 2003).
В связи с затронутыми темами сегодня нельзя исключить из обсуждения также проблему, которая связана с ухудшением качества
среды обитания и разрушения структуры почв. Ухудшение происходит, как в среде, окружающей самого человека, так и для большинства
биологических видов дикой природы, и прежде всего из-за лавинообразно нарастающего загрязнения окружающей среды отходами техногенной цивилизации и роста доминанты потребительства во многих
странах мира.
Приведу только некоторые примеры из книги «50 простых советов, которые спасут планету» (The Earth…, 1989), а также, параллельно
– примеры из нашей открытой печати.
409
В конце 80-х гг. прошлого столетия одна среднеамериканская семья выбрасывала около 100 фунтов отходов еженедельно. Это – более
2 т отходов в год. Тогда же подсчитано, что 14 млн фунтов, то есть более
6 млн т мусора тонет ежегодно в морях.
Недавно в научном проекте ТВ канала «Культура» прозвучала
фраза о том, что на одного россиянина приходится в последнее время
1 т отходов в год – и это главная угроза наступления катастрофического экологического неблагополучия (Короновский, 2011).
Наш повседневный комфорт создают такие продукты химических
производств, как пластики, детергенты, аэрозоли. Они же неизбежно
со временем попадают в воду и в землю через свалки, канализацию,
сточные воды. Потребитель редко улавливает связь покупок в пластиковых упаковках и предметов из пластика с угрозой токсического
загрязнения почв и водоёмов. В перечне химических соединений, производство которых является источником самых вредных отходов, пять
из шести первых мест занимают вещества, обычно используемые при
производстве пластмасс (The Earth…, 1989).
Применение пестицидов на полях приводит к гибели в почвенном
слое полезной микрофлоры, к отравлению множества её мелких обитателей, которые в норме обеспечивают превращение продуктов распада
органических остатков в гумус. Тем самым нарушается естественная
организованность почвы и её бесценное качество – плодородие. Более
того, попадая с пищей в организм животных и человека, пестициды
способны вызывать генетические, мутагенные воздействия, нарушают нормальное развитие (уродства) зародышей. Огромное количество
пестицидов, исчисляемое тысячами тонн, хранилось на складах советского агропромышленного комплекса. Своевременная нейтрализация
этой «Ядовитой приправы» оставалась бесконтрольной (Яблоков,
1990). Более 200 млн т пестицидов используется ежегодно одним только штатом Калифорния в США (The Earth…, 1989).
Окислы серы и азота, которые выбрасывают работающие на угле
электростанции и двигатели моторов, претерпевают химические превращения в атмосфере и выпадают на землю кислотным дождём или
снегом. Они нарушают жизнь флоры и фауны в водоёмах, повреждают
леса и иногда строения (The Earth…, 1989).
Относительно же выброса в атмосферу углекислого газа вопрос о
пользе-вреде не решатся однозначно. Ежегодно человечество добавляет в атмосферу 6–7 млрд т углекислого газа – в основном, за счёт сжигания ископаемого топлива и уничтожения лесов. За последние два
столетия содержание этого газа в атмосфере увеличилось более чем на
25 %. Накопление углекислоты и метана связывают с изменением кли410
мата планеты. При этом следует отметить, что природные газы, усиливая «парниковый эффект» и сохраняя тем самым тепло у поверхности
земли, способствуют повышению урожайности в зонах, удалённых от
экватора. Повышенное же содержание углекислоты компенсируется
ростом её потребления зелёными растениями в соответствии с принципом Ле Шателье, особенно если увеличивать зелёный покров планеты (Арманд, 2008).
В прошлом, в определённые периоды истории Земли, её атмосфера содержала и более высокие (десятикратные) концентрации углекислого газа, чем теперь. И в этой области исследований остаётся немало
спорных вопросов (Будыко, Ронов, Яншин,1985). Однако для нынешнего времени характерны и новые угрозы. На планете Земля сконцентрировано около 2-х тыс. т радиоактивного вещества. Оружейного урана только в атомных бомбах ядерных держав мира содержится около
1400 т, оружейного плутония 300 т. Эти элементы получены в ядерных
реакторах искусственным путём и не являются продуктами природы
(Максимов,1996). Разрастаются города, растёт население Земли и,
особенно заметно, технократическая его часть. Жители США сознаются, что на их территории выбрасывается такое количество железа и
стали, которое могло бы полностью обеспечить всё автомобилестроение Америки… Из-за сокращения естественного почвенного покрова,
общей площади болот, вырубки лесов и т.д. исчезают места обитания
диких животных. Необходимо бороться за сохранение не только «отмеченных перстом удачи», известных видов крупных млекопитающих,
но также за насекомых, рыб, амфибий, не говоря уже о каждом зелёном
кусочке Земли. В противном случае исчезнут ключевые звенья тех механизмов, которые поддерживают целостность экологических систем
(The Earth…, 1989).
На рубеже веков стало ясно, что государственные ведомства не
способны решать проблемы, которые создаются действиями миллионов людей. Жители Земли, даже объединяясь в группы и направляя
сознательно свои усилия на преодоление уже шагающего по Земле
экологического кризиса, могут осуществить лишь отдельные, тактические шаги по его преодолению.
Учёные, профессиональная деятельность которых пронизана «логикой разума», в последние годы призывают прислушаться к «логике
жизни» и подойти к решению стратегии выживания не «золотого миллиарда», а постараться предотвратить вымирание большей, бедной части
населения планеты. «Золотой» миллиард – организатор нынешней рыночной экономики. Его интересы отнюдь не совпадают с тем направлением, в котором движется мировая естественнонаучная мысль, т.е. – к
411
сохранению определённого биосферного баланса пищевых ресурсов для
обитателей «Нашего дома – планеты Земля» (Одум, 1975; Смит, 1982).
Наш дом стоит на Земле. Баланс пищевых ресурсов для жителей
дома многие миллионы лет обеспечивался её тончайшим, плодоносным слоем – почвой. В нём и поныне генетически сохраняется главное
наше богатство. Но с каждым прожитым днём сокращается, подобно
шагреневой коже, этот бесценный слой. Так что же дальше?
Литература
Арманд А.Д. Эксперимент «Гея» – проблема живой Земли. – Электронный ресурс. 2008.
Бартини Р.Л. – Цит. по: Бузиновский С.Б, Бузиновская О.И. РО. Барнаул: ОРАНТА. 1994.
Будыко М.И, Ронов А.Б., Яншин А.Л. История атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
Вернадский В.И. Биогеохимические очерки. М., 1940.
Вернадский В.И. Несколько слов о ноосфере // Успехи современной биологии.
Т. 18. Вып. 2. 1944.
Вернадский В.И. Автотрофность человечества // Проблемы биогеохимии. Тр.
биогеохимической лаборатории. Вып. ХVI. М.: Наука, 1980.
Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. М.: Наука, 1991.
Вернадский В.И. Автотрофность человечества // Русский космизм: Антология
философской мысли. М.: Педагогика-Пресс, 1993.
Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. М.: Наука, 1994.
Дорст Ж. До того как умрёт природа. М.: Прогресс, 1968.
Казначеев В.П. Ноосфера В.И.Вернадского это автотрофность человечества. 2003.
Электронный ресурс.
Короновский Н.В. Земля вчера, сегодня, завтра: Лекция на телеканале «Культура»
07.02.2011. в цикле ACADEMIA. (Фраза о количестве отходов – по результатам исследований экологов университета «Дубна»).
Максимов Л.Н. Обращение в связи с «Соглашением между Правительством Российской Федерации и Правительством США об использовании высокообогащённого урана,
извлечённого из ядерного оружия и Договором СНВ-2. – Новосибирск, 08.05.1996.
Моисеев Н.Н. Судьба цивилизации. Путь разума. М.: Изд-во МНЭПУ, 1998.
Одум Ю. Основы экологии. М.: Мир, 1975.
Смит Р.Л. Наш дом планета Земля. М.: Мысль, 1982.
Тюрюканов А.Н. О чём говорят и молчат почвы. М.: Агропромиздат, 1990.
Тюрюканов А.Н., Фёдоров В.М. Н.В. Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья.
М., 1996.
Яблоков А.В. Ядовитая приправа. М.: Мысль, 1990.
The Earth Works Group. 50 simple things you can do to save the Earth. – Berkeley:
Earthworks Press. CA, 1989.
412
МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ПОЧВЕННЫХ
АГРЕГАТОВ И ХАРАКТЕРИСТИКА ИХ
МУЛЬТИУСТОЙЧИВОСТИ
К.Ю. Хан, к.б.н., с.н.с.
Приокско-Террасный государственный природный биосферный заповедник
А.И. Поздняков, д.б.н., профессор
МГУ имени М.В. Ломоносова
Б.К. Сон
Институт фундаментальных проблем биологии РАН, г. Пущино
Введение. Фундаментальная проблема физико-химической
механики – это кинетика и энергетика образования, деформации и
разрушения структурных связей в дисперсных структурах, к которым относятся также горные породы и почвы. Следует отметить, что
данная проблема до сих пор не нашла должного отклика при исследовании почвенных агрегатов – природной дисперсной структуры,
характеризующейся высоким уровнем организации. Как известно,
только фундаментальные исследования позволяют понять природу и
сущность биологических и биокосных органоминеральных структур.
Почвенные агрегаты определяет практически все процессы, протекающие в почвах. Утверждение Е.В. Шеина (2008), о том, что «…У нашей науки …. есть неразгаданные тайны, специфические механизмы,
загадки (чего стоит загадка почвенной структуры!)», подчеркивает
тот факт, что природа почвенных агрегатов, несмотря на многочисленные работы до сих пор остается не выясненной.
К настоящему времени не установлено строение почвенных макроагрегатов и микроагрегатов, основанное на теоретических представлениях о структурных связях, которые формируются в почвенных агрегатах с момента их зарождения, которые затем развиваются
и «адаптируются» к условиям окружающей их среды, локализуясь в
различных контактах – коагуляционных, переходных (точечных) и
фазовых. Соотношение этих контактов в почвенных агрегатах изменяется в процессе образования почвы и определяется их генезисом.
Концепция о природе и функциях почвенных агрегатов. Почва
в своем развитии переходит из неустойчивого состояния во множество устойчивых состояний путем образования почвенных агрегатов,
различающихся уровнями структурной организации (или строением). Структура агрегатов очень чувствительна к изменению условий
почвообразования. Между устойчивостью и строением почвенных
агрегатов существует структурно-функциональная связь.
Устойчивость является одним из фундаментальных свойств поч413
вы. Она проявляет себя через самые разные свойства почв, например,
такие, как: механическая прочность (способность воздушно сухих
агрегатов сопротивляться разрушению или раздавливанию под действием нагрузок), водоустойчивость (способность макроагрегатов сопротивляться разрушающему действию воды), противоэрозионная
стойкость (способность агрегатов сопротивляться смывающему и
размывающему действию водного потока), устойчивость к химическому загрязнению (способность почвы к самоочищению). Способность почвы сочетать в себе разные формы устойчивости заложена
в особом строении её высокодисперсных органоглинистых частиц,
микроагрегатов, водоустойчивых ядер и макроагрегатов. Движущей
силой, определяющей формирование мультиустойчивости в почвенных агрегатах, является работа продукционной и деструкционной
ветвей цикла органического углерода в почвах.
Теория метода. Для того чтобы понять сущность проявления физико-химических явлений в процессах почвообразования, необходимо
рассмотреть природу образования новых поверхностей в почвах, которые в конечном итоге определяют образование структурных связей
между взаимодействующими почвенными частицами, т.е. сил сцепления, являющихся интегральным результатом действия в почвенных
агрегатах молекулярных, электростатических, капиллярных и магнитных сил притяжения. В момент обнажения поверхности разрушения в
почвенных частицах новые ячейки её поверхности подвергаются физико-химическому влиянию среды. Оно радикальным образом может
изменить развитие деформации и процесс разрыва межатомных (межмолекулярных) связей в почвенных частицах.
Энергетический подход позволяет (Журков, Санфирова, 1958,
1960; Щукин, 1981; 1985) описать кинетику разрушения структурных связей, а, следовательно, количественно оценить силу сцепления
между индивидуальными частицами почв.
Энергия U0 необходимая для разрушения связей поступает в
твердое тело (независимо от того является ли оно кристаллическим
или аморфным) тремя путями:
1. Эта работа механических (внешних, а также внутренних) напряжений: Рb2b(L/b)1/2 = Рγ; где Р – напряжение; b – период решетки
(т.е. b – путь, b2 – площадь приложения силы); (L/b)1/2 – выражение
фактора концентрации напряжений, L – характерный линейный параметр, характеризующий дефектную структуру тела.
2. Эта энергия, сообщаемая телу тепловыми флуктуациями
kTln(t/t0): где t – время ожидания или пребывания почвенного агрегата (или любого другого тела) под нагрузкой; t0 – период колебаний.
414
Соответственно величина ln(t/t0) определяет увеличение вероятности появления достаточно больших флуктуаций с течением времени,
которые впоследствии могут вызывать разрушение структурных связей в контактах, а, следовательно, разрушение почвенного агрегата.
3. Необходимо также учесть работу адсорбции ∆U, т.е. энергию,
освобождающуюся при возникновении новых связей. Это энергия,
которая выделяется при физической и химической адсорбции, а также при протекании поверхностных химических реакций. В результате этих процессов энергия U0, необходимая для разрушения связей в
твердом теле, снижается до величины U = U0 – ∆U. При этом активационный объем (путь преодоления сил связи) возрастает до величины γ° = γ + ∆γ, где ∆γ = ∆γ (∆U).
Таким образом, получаем, что
Рγ° + kTln(t/t0) = U. (1)
Отсюда вытекает универсальное соотношение С.Н. Журкова
(Журков, Санфирова, 1958, 1960):
t = t0exp [(U – Рγ°)/kT].
(2)
Основу кинетического подхода составляют представления,
рассматривающие разрушение твердых тел, как процесс, развивающийся во времени. При этом решающая роль в процессе разрушения
принадлежит тепловому движению атомов, которое активизируется
до разрыва межатомные связи благодаря длительному воздействию
внешней силы. Многочисленные экспериментальные данные по изучению ползучести и релаксации, об изменении прочностных характеристик при высоких температурах и давлении, при изменении скоростей нагружения, характере нагружения (периодичность, вибрация)
находятся в полном согласии с уравнением (2). Согласно данной
теории, прочностные свойства гетерогенного материала могут быть
охарактеризованы взаимосвязанными параметрами t, Р и Т (Журков,
Санфирова, 1960; Поваренных, 1963). Для широкого круга дисперсных структур их сопротивление разрушению (прочность) аддитивно
складывается из прочности отдельных контактов (Ребиндер, Щукин,
Марголис, 1964; Яминский и др., 1982):
Ра ≈ p11∙χ ;
(3)
1
χ=
,
2
2
( 2r ) n
где p1 – среднее значение прочности индивидуального контакта;
χ – их число на единицу площади сечения; r – радиус частиц; n – фактор упаковки; p1 отражает химизм взаимодействия поверхностей частиц между собой и со средой, тогда как χ – геометрию системы.
На основании анализа уравнения (2) нами разработан гидроди415
намический метод прочности водоустойчивых структурных связей
в почвенных агрегатах (Хан, Поздняков, Сон, 2007). Установлено,
что при импульсном взаимодействии падающих с определенной
скоростью капель с почвенными агрегатами происходит активация
структурных связей за счет напряжений, возникающих при ударе
капель об агрегаты. Данный процесс связан также с диссипацией кинетической энергии капель за счет трения, возникающего при ударе
и деформации падающей капли, которая также вносит свой вклад в
активацию водоустойчивых структурных связей. Решающая роль
в процессе разрушения принадлежит тепловому движению атомов,
локализованных в контактах, которые активизируется до разрыва
межатомных связей благодаря импульсному воздействию падающих
на агрегат капель. Поэтому с помощью разработанного нами способа можно с высокой точностью определять прочность агрегатов Рa,
что делает возможным по зависимости (3) определять такие важные
прочностные характеристики агрегата, как силу сцепления р1 индивидуальных контактов и количество контактов χ, приходящихся на
единицу плоскости разрушения.
Обсуждение результатов исследования. На основании анализа
экспериментальных данных получена основная прочностная характеристика макроагрегатов для автоморфных почв лесостепной, степной
и сухостепной зон. Установлено, что зависимость между прочностью
(Ра) влагонасыщенных макроагрегатов почв и содержанием в них гумуса (Сг) описывается уравнением (табл. 1).
В результате анализа экспериментальных данных установлено, что
в макроагрегатах водоустойчивые ядра связываются между собой переходными (точечными) гидрофобными контактами (табл. 2). Как показали исследования, водоустойчивые ядра покрыты слоем глинистых
частиц коллоидной фракции с диметром равным 0,1 мкм (или 100 нм).
Сила сцепления между этими частицами, на боковых сколах которых
адсорбированы за счет электростатических сил притяжения гуминовые
кислоты, во всех исследованных почвах составляет 7,4∙10-10 Н.
Можно считать, что эти коллоидные частицы, несущие на боковых сколах адсорбированные низкомолекулярные фракции гуминовых кислот, являются основными структурными элементами,
которые связывает между собой ядра водоустойчивых частиц в макроагрегатах, придавая им определенную форму и размеры.
Экспериментальные данные, характеризующие прочность почвенных агрегатов, число контактов, приходящихся на единицу площади
разрушения агрегата, а также значение фактора упаковки, определяющего характер плотности сложения глинистых частиц на поверхности
416
Таблица 1. Зависимость, характеризующая связь между прочностью
агрегата (Р) и содержанием гумуса (СГ) в них
Переменные X=СГ и Y=Р (доверительный уровень 95 %)
Уравнение (1)
a
b
r
r2
t-факт.
t-станд.
Ра = 1/(a + b*exp(-СГ))
0,05383
1,46520211
0,975
0,951
8,18
2,13
Ниже приводятся почвы, для которых величина прочности агрегатов определена
экспериментально, а также почвы*, для которых прочность рассчитана по уравнению
(1): чернозем карбонатный легкоглинистый Апах (Республика Молдавия), чернозем
карбонатный супесчаный Апах (Республика Молдавия), чернозем обыкновенный
среднесуглинистый Апах (Республика Молдавия), каштановая легкосуглинистая Апах
(Ростовская обл.), чернозем обыкновенный тяжелосуглинистый Апах (Ростовская
обл.), пойменная дерновая среднесуглинистая Апах (Московская обл.), чернозем
типичный среднесуглинистый Апах (Республика Молдавия), чернозем карбонатный
среднесуглинистый Апах (Республика Молдавия), *дерново-подзолистые, гор. А,
*дерново-слабоподзолистые гор. А, *светло-серые лесные гор. А, *серые лесные гор.
А, *темно-серые гор. А, *черноземы выщелоченные и оподзоленные гор. А, черноземы
типичные гор. А (Курская обл.), черноземы обыкновенные гор. А (Республика
Молдавия), черноземы южные гор. А (Ростовская обл.), темно-каштановые гор. А
(Ростовская обл.), *каштановые гор. А, *светло-каштановые гор. А.
Рис. 1. Изменение прочности (Ра) влагонасыщенных макроагрегатов
различных почв в зависимости от содержания в них гумуса (СГ): o
– значения, рассчитанные по уравнению (1); • – экспериментальные
данные
водоустойчивых ядер, представлены в таблице 3 и на рис. 2.
Параметры глинистого слоя, образованного из коллоидной фракции
глинистых частиц и расположенного на поверхности водоустойчивых
ядер, зависят от содержания гумуса в почвах (см. рис. 2, табл. 4).
В таблице 4 представлена схема, характеризующая закономерности образования глинистой оболочки из коллоидной фракции гли417
Таблица 2. Прочность контактов для различных типов
взаимодействующих частиц
Прочность
контакта, Н
Тип контактов
Дальние коагуляционные контакты
Ближние коагуляционные контакты
10-12 – 10-11
10-10 – 10-9
Авторы
Амелина, Щукин,
1970; Полак, 1962;
Щукин, 1965;
Щукин и др., 1970
Переходные (точечные) контакты:
а) базис-скол и скол-скол
б) базис-базис
10-8 – 10-7
10-6
Осипов, 1979
Фазовые
10-7 – 10-3
Юсупов, 1973
Ваганов, 1975
Переходные (точечные) гидрофобные контакты, образующиеся при
взаимодействии органоглинистых
частиц коллоидной фракции в почвенных агрегатах
7,4∙10-10
Хан, Сон,
Поздняков, 2007
Таблица 3. Характеристика прочности горизонта А автоморфных почв
Европейской части России
Почвы
Сг, % Р, кПа
Р, Н/
см2
χ, конт/
n
см2
*Дерново-подзолистые, гор. А
1,7
2,745
0,274
0,373∙109
2,6
*Дерново-слабоподзолистые гор. А
2,9
7,575
0,757
9
1,031∙10
1,6
*Светло-серые лесные гор. А
3,4
9,956
0,996
1,355∙109
1,4
*Серые лесные гор. А
4,5
14,205
1,42
1,933∙10
1,1
*Темно-серые гор. А
7,8
18,363
1,836 2,498∙109
1
*Черноземы выщелоченные и
оподзоленные гор. А
8,1
18,425
1,842 2,507∙109
1
Черноземы типичные гор. А
8,4
18,469
1,845
2,513∙109
1
Черноземы обыкновенные
7,2
18,221
1,822
2,479∙10
1
Черноземы южные
4,6
14,755
1,475
2,007∙109
1,1
Темно-каштановые
4
12,252
1,225
1,667∙109
1,2
*Каштановые гор. А
2,6
6,09
0,609
0,828∙10
1,7
* Светло-каштановые гор. А
2,1
4,185
0,418
0,569∙10
2,1
*Данные (Орлов, Бирюкова, Суханова, 1996).
418
9
9
9
9
Рис. 2. Изменение фактора упаковки n в зависимости от содержания
гумуса в горизонте А автоморфных почв Европейской части России
(обозначения те же, что и на рис. 1)
Таблица 4. Изменение плотности сложения (фактора упаковки n)
глинистой оболочки, покрывающей поверхность водоустойчивых ядер,
в почвах разного генезиса
Положительно заряженные боковые сколы коллоидной фракции глинистых частиц взаимодействуют с отрицательно заряженными карбоксильными группами гуминовых кислот. Такие органоглинистые частицы соединяются между собой через гидрофобизиронные боковые сколы и образуют
хаотическую пористую упаковку, состоящей из расположенных по трем
направлениям цепочек. Плотность такой глинистой оболочки, покрывающей поверхность водоустойчивых ядер, определяется фактором упаковки
n, который равен числу органоглинистых частиц, отсчитываемых от узла
до узла в цепочках.
1. *Темно-серые, гор. А
2. *Черноземы
выщелоченные
и оподзоленные, гор. А
3. Черноземы
типичные, гор. А
4. Черноземы
обыкновенные
5. *Дерново-слабоподзолистые, гор. А
6. *Светло-серые лесные
гор. А
7. *Серые лесные гор. А
8. *Дерново-подзолистые,
гор. А*
9. Светло-каштановые,
гор. А
419
нистых частиц на поверхности водоустойчивых ядер почв разного
генезиса.
Заключение. В результате проведенных исследований впервые
определена прочность почвенных макроагрегатов, установлена прочность индивидуального контакта, характеризующая силу сцепления
между гидрофобными участками коллоидной фракции глинистых
частиц. Показано, что в процессе эволюции почв параметры глинистой оболочки, покрывающей поверхность водоустойчивых ядер, закономерно изменяются в зависимости от содержания гумуса. Основным структурным элементом, который связывает водоустойчивые
ядра между собой в макроагрегатах, является коллоидная фракция
глинистых частиц, несущая на боковых сколах гидрофобные фрагменты гуминовых кислот.
Литература
Амелина Е.А., Щукин Е.Д. Изучение некоторых закономерностей формирования
контактов в пористых дисперсных структурах // Коллоидн. журн. 1970. Т. 32, № 6.
Ваганов В.П. Экспериментальное изучение физико-химических закономерностей
формирования кристаллизационных контактов при срастании отдельных кристаллов.
Автореф. канд. дис. М., 1975.
Журкова С.Н., Санфирова Т.П. // ЖТФ. 1958. Т. 28, № 8.
Журкова С.Н., Санфирова Т.П. // ЖТФ. 1960. Т. 2, № 6.
Орлов Д.С, Бирюкова О.Н., Суханова Н.И. Органическое вещество почв Российской Федерации. М.: Наука, 1996. С. 191.
Поваренных А.С. Твердость минералов. Киев, 1963
Полак А.Ф. О механизме структурообразования при твердении мономинеральных вяжущих веществ // Коллоидн. журн. 1962. Т. 24, № 2.
Щукин Е.Д. О некоторых задачах физико-химической теории прочности тонкодисперсных пористых тел – катализаторов и сорбентов // Кинетика и катализ. 1965.
Т. 6, № 11.
Щукин Е.Д. и др. Оценка прочности индивидуальных контактов между кристалликами в пористых дисперсных телах // ДАН СССР. 1970. Т. 191, № 5.
Щукин Е.Д. Физ.-хим. механика и лиофильность дисперсных систем. Киев, 1981.
Щукин Е.Д. Физико-химическая теория прочности дисперсных структур и материалов // Физико-химическая механика природных дисперсных систем / Под ред.
Е.Д. Щукина и др. М.: Изд-во МГУ, 1985. 266 с.
420
ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБНЫХ СООБЩЕСТВ
СОВРЕМЕННЫХ И ПОДКУРГАННЫХ ПОЧВ
СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ НА ОСНОВАНИИ
СОДЕРЖАНИЯ ФОСФОЛИПИДОВ
Т.Э. Хомутова, к.б.н., Н.Н. Каширская, к.б.н.,
В.А. Демкин, д.б.н., профессор
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
Функционирование и устойчивое развитие почв тесно связано с
функционированием почвенной микробиоты, которая является одновременно и продуктом, и одним из факторов почвообразования.
Адаптационные механизмы, позволяющие микроорганизмам при неблагоприятных условиях переходить в покоящееся состояние, позволяют микробным сообществам сохраняться в почвах неопределенно
долго и при соответствующих условиях возвращаться к активному
состоянию (Эль-Регистан, 2005). В почвах сухих и пустынных степей
значительная часть сообществ представлена ультрамикробактериями, которые находятся в состоянии глубокого покоя. Это же относится и к палеопочвам, погребенным под разновозрастными курганными
насыпями (Каширская и др., 2010). Фосфолипиды как необходимые
компоненты всех живых клеток, являются надежными биоиндикаторами природных экосистем и могут быть использованы в качестве
показателя живой микробной биомассы в почвах (Zelles, 1999). Их
содержание можно соотнести не только с численностью клеток, но и
с содержанием в них органического углерода (Findlay, 1996; Balkwill
et al., 1988), что дает возможность сопоставить результаты с данными,
полученными другими методами.
Анализировали содержание живой микробной биомассы в современных каштановых почвах и солонцах водораздельных участков
Приволжской и Ергенинской возвышенностей, в каштановой почве
первой надпойменной террасы р. Иловля (левый приток Дона, Приволжская возвышенность), а также палеопочв, погребенных ~5000
–~1800 лет назад под курганными насыпями.
Содержание фосфолипидов (ФЛ) в современных каштановых
почвах и солонцах, развитых на водоразделах Приволжской и Ергенинской возвышенностей варьировало от 26 до 192 нмоль/г. В целом
прослеживалась тенденция снижения содержания фосфолипидов в
направлении север – юг. В парах каштановая почва-солонец содерИсследования проводились при поддержке РФФИ (грант 09-04-00233; 09-04-00699) и
Программы фундаментальных исследований Президиума РАН.
421
жание фосфолипидов в профиле солонцов на 5–16 % ниже по сравнению с каштановыми почвами. На основании полученных данных
рассчитаны средневзвешенные величины численности живых клеток
в каштановых почвах и солонцах, которые варьируют от 0,7–3,2 х 1010
до 7,5–13,6 х 1010.
Содержание фосфолипидов в современной каштановой почве
первой надпойменной террасы значительно выше, чем таковых, расположенных на водоразделах (рисунок): оно было максимальным в
гор. А1 (450 нмоль/г) и снижалось в глубь профиля (200 и 190 нмоль/г в
гор. В1 и В2, соответственно). Содержание ФЛ в подкурганных почвах
эпохи бронзы (~5000–4000 лет назад) составляло 28–36 % по сравнению с современными почвами, а в палеопочвах раннежелезного века
(~1950–1800 лет назад)
– 53–93 %. Тенденция снижения содержания ФЛ в
зависимости от длительности погребения почв,
вероятно, является следствием диагенеза в гор. А1.
В гор. В1 палеопочв содержание ФЛ составляло
55–130 % от современного
уровня, максимальное ФЛ
зарегистрировано в палеопочве, погребенной ~1950
лет назад, а минимальное
– в палеопочве, погребенной ~4800 лет назад. В гор.
В2 погребенных палеопочв
содержание ФЛ составляло 78–113 % от современного уровня с максимумом
и минимумом в палеопочвах, погребенных ~1950
и ~4800 лет назад соответственно. В палеопочвах, погребенных в эпоху
Содержание фосфолипидов в современной бронзы (~5000–4000 лет
каштановой и палеопочве, погребенных
назад), содержание ФЛ
под курганами разного возраста:
было максимальным в гор.
А – гор. А1, Б – гор. В1, В – гор. В2
В2 (150–190 нмоль/г). В
422
палеопочве, погребенной ~1950 лет назад, их содержание превышало
современный уровень в гор. В1 и В2. Временнáя динамика ФЛ в педохроноряде была однотипной в гор. В1 и В2 с относительным повышением уровня фосфолипидов в палеопочвах, погребенных ~5000 и ~1950
лет назад, т.е. в периоды с увеличением увлажненности климата.
В современной почве доля живой микробной биомассы в суммарной биомассе, включающей клетки на разных стадиях жизненного цикла, а также мертвые клетки и метаболиты, была минимальной
в ряду исследованных почв и составляла 8,5–15,3 %. В палеопочвах
доля живой микробной биомассы в суммарной была значительно
выше современного уровня. В различных горизонтах палеопочв она
варьировала от 15 до 50 % и в отдельных случаях была очень высокой. В частности, в гор. А1 палеопочвы, погребенной ~1800 лет назад (81 %) и гор. В1 палеопочвы, погребенной ~5000 лет назад (62 %).
Доля живой микробной биомассы в общем органическом углероде
современной почвы варьировала от 4 до 8 % . В палеопочвах, погребенных ~1950 и ~1800 лет назад, она сравнима с таковой современной
почвы (3–8 %), а в палеопочвах, погребенных ~5000–~4000 лет назад,
доля живой микробной биомассы в общем органическом углероде в
гор. А1 составляла до 14 %, в гор. В1 – 11–17 %, в гор. В2–40 %.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что микробные
сообщества современных почв содержат как активно метаболизирующие, так и покоящиеся, погибшие, мумифицированные клетки, а
также клеточные метаболиты и субстраты, неотделяемые от клеточной массы и определяемые нами в составе С-СМБ. В палеопочвах,
по-видимому, происходит исчерпание доступных микроорганизмам
форм органического углерода вследствие длительного погребения, и
микроорганизмы переходят в покоящееся состояние
либо утрачивают жизнеспособность. При этом доля углерода живой биомассы как в суммарной, так и в общем органическом углероде
палеопочв остается относительно высокой.
Литература
Каширская Н.Н., Хомутова Т.Э., Дмитриев В.В. и др. Морфология и биомасса
микроорганизмов подкурганных и современных степных почв Нижнего Поволжья //
Почвоведение. 2010. №10. С. 1229–1238.
Эль-Регистан Г.И. Покой как форма адаптации микроорганизмов // Механизмы
выживания бактерий. М.: Медицина, 2005. С. 11–142
Balkwill D.L., Franklin R.L., Wilson J.T. et al. Equivalence of microbial biomass measures
based on membrane lipid and cell wall components, adenosine triphosphate, and direct
counts in subsurface aquifer sediments // Microbial Ecology. 1988. V. 16. Pp. 73–84.
423
Findlay R. The use of phospholipids fatty acids to determine microbial community
structure // Molecular Microbial Ecology Manual. 1996. 4.1.4. Pp. 1–17.
Zelles L. Fatty acid patterns of phospholipids and lipopolysaccharides in the
characterization of microbial communities in soil: a review // Biol. Fertil. Soils. 1999. V. 29.
Pp. 111–129.
О ВОЗМОЖНОСТЯХ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ
ЧЕЛОВЕЧЕСТВА
Е.В. Цветнов, к.б.н., А.И. Щеглов, д.б.н., профессор,
О.Б. Цветнова, к.б.н., с.н.с.
Факультет почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова
Согласно докладу комиссии Брундланд «Наше общее будущее»
(1987), под устойчивым (поддерживающим) развитием понимается
такое развитие, которое стремится удовлетворить нужды и стремления настоящего поколения, не уменьшая возможностей будущих поколений удовлетворять свои нужды и потребности (Перман и др., 2006).
Возникновение этого термина было обусловлено тем, что кумулятивный процесс воздействия на окружающую среду, вызванный ходом
развития человеческой цивилизации и техническим прогрессом привел к резкому ухудшению качества окружающей среды и создал угрозу
снижения качества жизни современного человека и его потомков.
По прошествии более 20 лет после принятия концепции устойчивого развития, становится ясно, что человечество, хотя и сдвинулось с мертвой точки экологического дисбаланса, однако о стабилизации кризисной
ситуации говорить пока очень рано. Более того, у ряда исследователей
вообще возникают сомнения о том, стоит ли предпринимать срочные
шаги для достижения намеченных экологических ориентиров? Недавний саммит в Копенгагене продемонстрировал явную пробуксовку в экологически ориентированной консолидации мирового сообщества.
Для того чтобы решение проблемы экологического кризиса вышло
на новый качественный уровень, необходимо убедить человечество в
том, что проблема касается каждого, показать четкую взаимосвязь технического прогресса и деградации окружающей среды. Все это уже сегодня
осуществляется, но поскольку активизация процессов балансировки антропо-геосферных взаимодействий находится в зачаточном состоянии,
непроизвольно возникает вопрос о качестве исходных предпосылок и
применяемого для решения поставленных задач инструментария.
Рассмотрим несколько базовых теорий и попытаемся найти им
адекватную замену.
424
Первое, на что следует обратить внимание – на так называемую триединую концепцию устойчивого развития, где слились
вместе три ориентира развития
человечества – социальный, экономический и экологический. Однако эта концепция не отражает сути
проблемы, так как не показывает,
как и где искать выходы из сложившейся кризисной ситуации, в
какой последовательности решать Принципиальная схема единой
вопросы балансировки. Более того, информационной системы
данная концепция показывает, что мира
проблема ограничена определенными рамками, хотя она и имеет глобальный характер.
Необходимо принять иную концепцию, где в качестве основы
выступает тезис о нерасчленимости, единстве мира и о взаимосвязанности человеческой и природной эволюции. Этой концепцией может
стать предложенная нами концепция единой информационной системы мира (ИСМ) (Цветнов, 2007). Графически она может быть представлена следующим образом (рисунок):
В общем виде система может быть построена с помощью трех макрокомпонентов:
1) биокомпонента (биота, живая материя) – совокупность всех
живых организмов планеты (см. блок 1 рисунка);
2) геокомпонента (геома, косная материя) – совокупность абиотических составляющих планеты (см. блок 2 рисунка);
3) технокомпонента (технос, техновещество) – вновь созданное в
процессе техногенеза, в той или иной степени обособленное вещество,
способное самостоятельно образовывать связи с био- и геокомпонентами (см. блок 3 рисунка). Сюда попадает широкий спектр элементов,
начиная от зданий и сооружений и заканчивая загрязнением.
Находящаяся в центре схемы социокомпонента (см. блок 4 рисунка) является, по большому счету, частью биокомпоненты, но при этом
находится на стыке всех трех макрокомпонентов. Био-, гео- и технокомпоненты, имея самостоятельное значение, являются базисом развития социоблока.
Собирая воедино мощь всех трех элементов системы, человек (социум) приобретает роль движущей силы, главного фактора развития
425
(эволюции) всей ИСМ (это наглядно отображено на схеме). Отметим,
что в практическом плане нет различий в том, назначил ли человек сам
себя управленцем или вырос до этой роли. Важнее другое: человек не
может сбросить с себя груз ответственности за собственные поступки,
это чревато безвыходной ситуацией экологического коллапса.
Анализ системы в контексте проблемы устойчивого развития показывает, что в настоящее время человечество искусственно развивает
лишь одну из компонент ИСМ – технокомпоненту, перекачивая в нее
ресурсы двух других компонент, что ведет к дестабилизации ситуации.
В связи с этим возникает ряд вопросов: 1) какие задачи необходимо решать для стабилизации ситуации; 2) какова последовательность
решения этих задач?
Первое и самое важное – решение социальных проблем. Возникновение данных проблем является следствие того, что в ходе развития, наряду с губительным воздействием на окружающую среду, общество загнало
себя в тупик социальных болезней. Находясь у руля общепланетарной
машины, человек своим социальным дисбалансом лишает себя возможности адекватного управления (образно говоря, нельзя представить себе
голодного человека, который будет думать о чем-то помимо еды).
По большому счету, это можно сделать посредством экономического роста, однако нельзя забывать, что последствия такого роста могут
быть губительны. Нельзя допустить, чтобы наиболее социально-нестабильные страны прошли путь, аналогичный пути развитых стран, когда
нагрузка на окружающую среду в определенные периоды оборачивалась экологическими катастрофами. Другими словами, нужно искать
альтернативный механизм развития. Одним из вариантов подобного
механизма является открытие доступа к информации всем, кто в ней
нуждается (Берк, Орнстейн, 2007). Открытый доступ к информации,
могущий быть осуществленным посредством компьютерных сетей и
повышения базового уровня грамотности «низов» общества способен
кардинально решить ситуацию в социоблоке.
Второй важный шаг – это путь к новой формации социальной
организации, построенной во многом на принципах экологического
баланса. Уже сейчас существуют города, такие, как Ноль-город в Калифорнии или эко-город «Масдар» в Абу-Даби, которые подчиняются идее о гармоничном развитии природы и общества. Таких городов
должно быть больше, они должны получить определенный суверенитет в рамках отдельных государств (Берк, Орнстейн, 2007).
Возникнув одновременно, техноблок и социоблок находятся в неразрывной связи,
существование одного блока определяет существование другого. В этом состоит
своеобразная бинарность социокомпоненты и техноса.
426
Подобное раздробленное общество не зависит от крупных транснациональных корпораций, наносящих самый значимый вред окружающей среде, не зависит от невозобновляемых источников энергии, не
зависит от стандартизированных продуктов питания, так как может
самостоятельно прокормить себя за счет экологически сбалансированных технологий.
На фоне этих перемен необходимо провести коррекцию экологического сознания – тех установок, которые складываются у человека
по отношению к окружающей среде. Как показывают наши исследования, до сих пор наблюдается ситуация, когда природа выступает
больше как эстетический идеал, но не как объект охраны, требующий
определенных материальных вложений.
Изменение сознания – это также функция свободной информации, верных предпосылок для действия. Сейчас в обществе регулярно
появляется информация о том, что действия экологов это лишь фикция, проявление личного эгоизма или действия незримого лобби, в
этой связи нет возможности для адекватного восприятия проблемы.
Рассмотрев кратко проблематику единой информационной системы мира и ее применимости, перейдем ко второму блоку проблем,
связанных с реализацией концепции устойчивого развития, а именно, к приоритетным путям преодоления экологического дисбаланса.
Традиционно в научной литературе к ним относят: торможение экономического роста, сокращение численности населения планеты (в
основном, в странах Африки, Индии и Китая), жесткий контроль над
рынком со стороны государства (Brown, 2008). Все они соответствующим образом связаны с классическими причинами текущего экологического дисбаланса: погоней за экономическим ростом, перенаселением
планеты, провалами рынка. Вместе с тем, торможение экономического
роста – цель невыполнимая. Ни одно общество в мире не согласится
ухудшить свое благосостояние; для реализации этой программы нужно менять глубинные стереотипы общественного сознания, что само по
себе является утопией. В этой же связи следует рассматривать такой
путь преодоления экологического кризиса, как сокращение численности населения. Здесь общество сталкивается с трудностями этического характера: никто не согласится ограничить свою способность
к воспроизводству в угоду малопонятным экологическим лозунгам.
Чрезмерный контроль государства над рынком еще со времен А. Смита подвергается обоснованной критике; плановая или кейнсианская
модель развития экономики, как показывает историческая практика,
рано или поздно ознаменует очередной кризис, из которого все равно
придется выбираться, опираясь на рынок. Из этого можно сделать вы427
вод, что прямо влиять на причины экологического дисбаланса нельзя.
Более того, очевидно, что исключить эти причины из жизни общества
в принципе невозможно, т.к. они являются социально-экономическими факторами по умолчанию. Для успешной программы преодоления
кризисной ситуации необходимо искать рычаги самонастройки рыночной экономики или, другими словами, необходимо найти такой
фактор, который позволил бы влиять одновременно на все три признака дисбаланса посредством внутренних рыночных механизмов. Таким
фактором является стоимость ресурсов.
Для обоснования данного положения следует рассмотреть взаимосвязь стоимости ресурсов и проявлений экологического кризиса. Для
этого необходимо проследить динамику указанной стоимости. Согласно
правилу Хоттелинга, цены на ограниченные ресурсы должны расти с течением времени (Фридман, 2010). Это очевидно, поскольку добыча ограниченного ресурса приводит к тому, что его запасы сокращаются. При
сохраняющемся или растущем спросе на этот ресурс цены растут. Однако это происходит лишь в теории, на практике растут только номинальные цены, то есть цены, фиксируемые в каждый данный момент времени.
Если же обратиться к реальным ценам на природные ресурсы, то всегда
наблюдается одна и та же картина – эти цены падают. В качестве примера
можно привести номинальные и реальные цены электроэнергии – одного из конечных продуктов переработки ископаемых природных ресурсов. Ископаемые виды топлива занимают в структуре энергетики крупнейших мировых держав до 85 %. Можно было бы ожидать, что с такой
долей исчерпаемых ресурсов в структуре энергетики, а также с учетом
роста населения и его потребности в электроэнергии, ее стоимость будет
расти. Однако из анализа многолетних данных следует, что реальная стоимость электроэнергии неумолимо снижается.
Весьма частый вывод, который здесь делается, сводится к постулированию тезиса о неисчерпаемости ресурсов (Саймон, 2005). Цена ресурсов падает, значит беспокоиться не о чем, в конечном счете, конечность
ресурсов скомпенсируют развивающиеся технологии. Однако этот вывод в корне не верен. Подобная динамика говорит лишь об искаженном
восприятии обществом проблемы конечности ресурсов. Это следует из
анализа ситуации, когда количество одного из природных ресурсов сократилось до предела полного истощения. Примером такого ресурса является символ современной роскоши – черная икра. Катастрофическое
истощение рыбных ресурсов, в частности осетровых, на Каспии привело
к тому, что цены на черную икру с конца 90-х годов XX века стремительно растут. Таким образом, у общества до тех пор будет сохраняться впечатление о «неисчерпаемости ресурсов», пока налицо не окажется факт
428
их практически полного уничтожения, только тогда сработает ценовой
индикатор. Если дожидаться данного ценового скачка, то неизбежно будут прогрессировать негативные явления, связанные с интенсификацией
добычи и эксплуатации природных ресурсов, которые обусловлены их
низкой стоимостью, а именно: увеличение эмиссии парниковых газов,
загрязнение окружающей среды отходами промышленности, исчезновение многих видов флоры и фауны.
По нашему мнению, в этом состоит реальная взаимосвязь стоимости природных ресурсов и экологического дисбаланса. То есть стоимость природных ресурсов сегодня является не индикатором редкости,
но экологическим индикатором, показывающим реальное отношение общества к проблемам устойчивого развития.
Исправить складывающуюся ситуацию хищнической растраты
природных богатств нашей планеты, на наш взгляд, возможно, настроив экономику так, чтобы реальная стоимость природных ресурсов
естественным образом увеличивалась. То есть, чтобы общее направление динамики реальной стоимости природных ресурсов совпадало
с направлением изменений номинальной стоимости, а полученное
синхронное движение не было обусловлено тотальной выработкой
природных богатств планеты. Отметим, что директивное увеличение
стоимости невозможно, необходимо создать условия для того, чтобы
экономика сама стала нуждаться в изменении порядка ценообразования на рынках природных ресурсов.
Выделим два взаимосвязанных блока решения этой проблемы.
Первый связан с реструктуризацией экономики на экологической основе, второй – с формированием новых рынков природных благ через
фиксацию прав природы.
Основой первого блока могут служить следующие экономические
приемы: изменение порядка взимания налогов (к примеру, смена подоходного налога на налог на выбросы CO2, использование бензиновых
двигателей и бензина и т.п.); перемещение государственных субсидий
из ресурсодобывающей отрасли в сферу экотехнологий. Еще одним
немаловажным инструментом реструктуризации может являться изменение порядка исчисления стоимости земель, вовлеченных в ресурсодобывающую отрасль, а также порядка взимания налогов с них.
Увеличение стоимости природных ресурсов посредством данных
мер станет возможно только в случае реализации программ второго блока, так как рынок в сегодняшнем его виде просто не воспримет
предлагаемые изменения. Необходимо создать новую формацию рынка
природных ресурсов, где наряду с традиционными товарами и услугами,
поставляемыми природой, вращались бы так называемые экосистем429
ные услуги, традиционно принимаемые как бесплатные (например, услуги по ассимиляции природой отходов производства).
Ключом к пониманию проблемы создания рынков новой формации является тот факт, что в подавляющем большинстве случаев
единственным субъектом правовых отношений является человек. Окружающая среда подчиняется интересам человека и никакими правами не наделена. Вовлечение природы в правовые отношения является
необходимой задачей, которая может быть решена посредством следующего приема. «Природа может обладать правами в качестве недееспособного или ограниченного дееспособного субъекта, защиту прав
которого выполняет опеку; (то есть «права природы» смогут быть реализованы соответствующими фондами или группами граждан, защищающими эти права); в этом случае всевозможные экологические налоги
и штрафы обретают своего собственника» (Миронов, 2008). Именно
в этих условиях четко определенных прав собственности могут быть
сформированы новые рынки природных ресурсов, природных благ
и услуг, для которых природа это не только источник капитала, но и
непосредственный игрок, принимающий активные решения. Возникновение подобных рынков повлечет за собой создание новых рабочих
мест, подстегнет конкуренцию и, в конечном итоге, даст стимул для новой формации экономического роста.
В своей работе мы ищем практические решения этой проблемы
(Цветнов, 2007). В частности, мы предлагаем реальные механизмы
оценки одного из главнейших природных ресурсов планеты – земель
сельскохозяйственного назначения, а также земель промышленности.
Решение поставленной задачи возможно на основе разрабатываемых
в последнее время концепций оценки природного капитала, который
определяется как «природные фонды, порождающие поток полезных
товаров и услуг в будущем» (Constanza et al., 1997). В случае земель
сельскохозяйственного назначения в качестве природных фондов выступают почвенные ресурсы, в качестве товаров – продукт агропроизводства, в качестве же услуг мы предлагаем принимать во внимание,
в первую очередь, способность почвы инактивировать загрязнители, а
также ее экранирующую способность по отношению к радиоактивному излучению.
Выводы 1. Концепция устойчивого развития, существующая на
сегодняшний день, требует для своей реализации кардинального пересмотра исходной методологии и методического инструментария.
Современные воззрения таковы, что правовые отношения являются основной любой
экономики. В частности утверждается (Цветнов, 2007), что четко определенные
права собственности позволяет рынку самостоятельно справиться с любой, в том
числе экологической проблемой.
430
2. Методологической основой обновленной концепции устойчивого развития может стать представление о единой информационной
системе мира, фиксирующей положение о неотделимости природы и
человека и регламентирующую роль последнего как осознанного управленца всей системой. Принятие данной концепции дает возможность выделить приоритетные задачи, решение которых позволит установить баланс в системе.
3. Важным методическим инструментом обновленной концепции
может стать регулирование реальной стоимости природных ресурсов,
которая является по своей природе превосходным эколого-экономическим индикатором устойчивого развития. Для решения проблемы
экологического дисбаланса ее необходимо косвенным образом увеличить, создав условия для сонаправленной повышательной тенденции
изменения во времени номинальной и реальной стоимостей.
4. План изменения реальной стоимости природных ресурсов может быть основан на двухфакторной модели: изменение политики
государства в отношении налогов и субсидий, формирование новых
рынков экосистемных услуг от объектов природы через фиксацию
прав собственности.
5. Немаловажным моментов в реализации указанной модели является формирование адекватного эколого-экономического механизма оценки земель промышленности и земель сельскохозяйственного
назначения.
Литература
Берк Дж., Орнстейн Р. Дар топора. М.: Эннеагон-пресс, 2007. 410 с.
Миронов А.В. Философские проблемы субъективности животного мира // Неклассическое общество: Векторы развития: материалы Всерос. науч.-практ. конф. Владимир, 2008. С. 271–274.
Перман Р., Ма Ю, Макгилври Дж, Коммон М. Экономика природных ресурсов и
охраны окружающей среды: промежуточный уровень. М.: Теис, 2006. 1168 с.
Саймон Дж. Неисчерпаемый ресурс. Челябинск: Социум, 2005. 797 с.
Фридман А.А. Экономика истощаемых природных ресурсов. М.: ГУ ВШЭ, 2010. 399 с.
Хейне П. Экономический образ мышления. М.: Каталаксия, 1997. 704 с.
Цветнов Е.В. Эколого-экономическая оценка сельскохозяйственных земель в условиях химического и радиоактивного загрязнения. Дисс. на соиск. уч.ст. канд. биол.
наук. М.: МГУ, 2007. 185 с.
Brown L.R. Plan B 3.0: Mobilizing to Save Civilization. NY: W. W. Norton & Company,
Inc, 2008. 400 p.
Constanza R. et al. The value of the world’s ecosystem services and natural capital //
Nature, 1997. Vol. 387. Р. 253–260.
431
МЕЖДУНАРДНЫЙ ОПЫТ РЕАБИЛИТАЦИИ
ОСОБО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ И
ПОЧВ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕРНИЗАЦИИ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
О.Ю. Цитцер
Департамент международного сотрудничества Министерства природных
ресурсов и экологии Российской Федерации
Одна из основных экологических проблем России – ликвидация
накопленного прошлой экстенсивной хозяйственной деятельностью
ущерба, причиненного объектам окружающей среды, в первую очередь расположенным в местах размещения крупных промышленных
предприятий, военных полигонов, городских агломераций и в местах
интенсивной химизации сельского хозяйства.
Эта проблема типична для большинства индустриально развитых стран мира, к которым ускоренными темпами присоединяются
страны 3-го мира после переноса в эти страны «грязных» производств
из стран развитого мира.
При этом многие страны, придерживающиеся основных направлений Повестки дня на ХХI век и Декларации устойчивого развития
Рио-де-Жанейро, показывают примеры решения подобных проблем,
и в последнее время Российская Федерация активно знакомится с
этим опытом в рамках двустороннего и многостороннего международного сотрудничества.
Так, в 2009 г. состоялась ознакомительная поездка делегации Российской Федерации в Восточные земли Германии, в места размещения в недалеком прошлом самых больших химических концернов на
европейской территории – Биттерфельд–Вольпен–Дессау–Витенберг, Цайц, «Висмут» –Кенигштайн и др.
Химическая промышленность Германии всегда имела мировую
известность и вместе с химической промышленностью Швеции и
Норвегии контролировала свыше 50 % мирового экспорта химической промышленности.
В годы после Второй мировой войны произошла серьезная перестройка этой отрасли. Она выражалась в бурном развитии химии органического
синтеза, в переключении ее с угольной на нефтяную и газовую базу. Это
обеспечило значительный рост и модернизацию всей отрасли. Основой ее
экспорта стали пластмассы, синтетические волокна, фармацевтические изделия. По производству пластмасс и синтетических смол Германия в конце
ХХ в. заняла третье место в мире после США и Японии и пятое по производству синтетического каучука (США, Япония, Россия, Франция).
432
Из традиционных отраслей экспортное значение имело производство минеральных удобрений (6-е место), особенно калийных (2-е место
после Канады). Германия входила в первую десятку стран по производству серной кислоты (8-е место).
Однако после объединения Германии химическая промышленность в Восточной Германии оказалась в глубоком кризисе, что объяснялось как внешними причинами (инвестиционный климат), так
и внутренними проблемами (отягощенная экологическая ситуация,
связанная с длительными промышленными загрязнениями и деградацией природных ландшафтов).
Этот факт был широко освещен в Международной конференции
о реабилитации особо загрязненных территорий и свалок, состоявшейся в 1990 г. в Карсруэ, Германия. Делегация Российской Федерации на этом форуме была весьма представительна: академик РАН
Г.В. Добровольский, чл.-корр. РАН Д.А. Криволуцкий, профессор
А.Н. Тюрюканов, Ц.И. Бобовникова, О.Ю. Цитцер.
После воссоединения Германии 3 октября 1990 г. в новых восточных
землях вступил в действие Федеральный закон об охране природы.
Однако построение новых органов управления и новой правовой базы в Восточной Германии потребовало периода от двух до трех
лет, и только после этого юридически стало возможным продвижение ландшафтного планирования. По данным немецкого Института
экологических проблем и экономики, на доведение состояния окружающей среды в Восточной Германии до стандартов нового объединенного государства должно было потребоваться не менее 10 лет и
249–308 млрд $.
Ключевую роль в структурной перестройке экономики новых
Федеральных Земель на первом этапе – после 1990 г. – сыграло Попечительское ведомство, являвшееся субъектом публичного права.
Согласно закону перед ним стояла задача санировать восточногерманские предприятия, приватизировать их и/или – если потребуется
– закрывать.
Ландшафтное планирование в Германии имеет давние корни. Его развитие восходит к
“Улучшению земель” и “Украшению земель” – представлениям начала XIX в. Другим его
истоком является движение в защиту природы и Родины. Оно возникло в конце XIX в.
как реакция на индустриализацию страны и разрушение природы. В федеральном
законе 1976 г. ландшафтное планирование было впервые закреплено юридически как
планировочный инструмент защиты ландшафта, ухода за ландшафтом и его развития.
Вместе с тем резкие общественные и хозяйственные изменения последних лет вновь
вызвали в Германии острую дискуссию о правильных путях обеспечения экологически
устойчивого развития. В этой дискуссии главным был вопрос о том, какие планировочные
инструменты могут обеспечить реализацию идей об устойчивом развитии, выдвинутых
на конференции ООН в Рио-де-Жанейро в 1992 г. в “Повестке на 21 век”.
433
За сравнительно короткое время (до конца 1994 г.) Попечительскому ведомству удалось приватизировать или вернуть прежним
владельцам почти все находившиеся в государственной собственности производственные предприятия.
Экономический прирост восточногерманской экономики в первое десятилетие после объединения достигал 10 % в год.
Социальная рыночная экономика в условиях усиленной экологической ответственности открывает для многих инновационных
предприятий новые возможности для создания рабочих мест. Путем
поощрения экологических инноваций, с одной стороны, и повышения налогов на потребление энергии, с другой, планируется создавать
новые продукты и производственные технологии, имеющие хорошие
шансы на сбыт не только в Германии, но и во всем мире.
Экологическая модернизация открывает новые шансы для перспективных предприятий. Налог на потребление энергии делает продукцию, на которую было затрачено меньше энергии, конкурентоспособной. В качестве примера можно привести создание автомобиля
с расходом 3 л горючего на 100 км пробега. Имеются хорошие шансы
для того, чтобы германская промышленность взяла на себя роль застрельщика и в международном плане. Ведь улучшение окружающей
среды – это глобальная задача, решать которую в будущем придется
всем странам мира.
Стратегия в деле повышения экономической привлекательности
восточногерманских земель базировалась на консолидации федерального бюджета и вложении средств в программу “Подъем экономики
на востоке”, а также на поощрение инноваций, научных исследований
и разработок, на региональную экономическую поддержку, на развитие инфраструктуры, на поддержку рынка труда и на нужды организаций-преемниц Попечительского ведомства и преодоление бремени,
оставшегося в наследство от ГДР.
Сюда следует добавить средства специальных федеральных
трансфертов, выплачиваемых восточногерманским Землям в рамках
“Пакта солидарности” для ликвидации последствий, обусловленных
расколом Германии, а также для поддержки сравнительно слабого
финансового положения коммун.
Целью федерального правительства остается создание на востоке эффективной экономики, способной самостоятельно выдержать
рыночную конкуренцию и предоставляющей достаточно шансов в
сфере занятости и доходов.
Территория Биттерфельд-Дессау-Витенберг – самый индустриальный округ Германии, где с начала XX в. развивалась химическая про434
мышленность и авиастроение, родина реформ начала XVI в. (Мартин
Лютер), модернизма в архитектуре 20-х годов. Часть территории округа относится к особо охраняемым природным территориям. Основа
экономики с прошлого века – горная и химическая промышленность.
Здесь с 1839 по 1992 г. 60 км2 территории было превращено разработками бурого угля в “лунные ландшафты”.
В 1991 г. предприниматели из промышленности и работники городского управления Биттерфельда объединились для того, чтобы защитить свои интересы, изменить имидж этого района, разрабатывая
проекты перестройки промышленности. В этом обществе 200 членов и
представлено 150 предприятий округа.
Основные проекты: рекультивация ландшафта после добычи бурого угля, перестройка химической промышленности и жилого сектора.
В этом помогает правительство ФРГ, у которого есть много программ
(около 500) для поддержки структурных перестроек в бывшей Восточной Германии. Эти деньги не надо возвращать, обычно они составляют
около 30 % стоимости проекта. Остальное должны найти сами предприниматели из собственных средств или взять кредит в банке.
Основы для развития туризма – музеи истории промышленности, в которые превращены теперь закрытые производства, например,
«Орво-хром».
Кроме того, громадные карьеры, оставшиеся после добычи бурого угля, теперь планируется залить водой (повернув сюда русла рек)
для отдыха на воде.
Город Биттерфельд-Вольфен является примером успешного
перепрофилирования экономики муниципального образования в
современной Германии. В результате структурной перестройки Биттерфельд-Вольфен приобрел имидж города экологически чистой
промышленности и туризма.
Примером перепрофилирования и реабилитации промышленной территории в Саксонии-Анхальт является нефтехимическое
предприятие в г. Цайце, с 1938 г. перерабатывающее нефтехимическое
сырье в бензин, масла, дизельное топливо, парафины и др. К 1990 г.
изношенность оборудования достигла предела, экономическая эффективность и доходность предприятия оказалось на очень низком
уровне, и в 1996 г. вопрос о его перепрофилировании, а вернее создании на его базе химического индустриального парка Цайц был решен.
Стоимость перепрофилирования составила 87 млн евро. Работы по
очистке и санации территории еще продолжаются. Важнейшие задачи в этой сфере – ликвидация загрязнений почв и вод кислыми гудронами и полигона-отстойника.
435
Продолжавшиеся веками горные разработки, прежде всего открытым способом, оставили глубокие раны на облике саксонских
ландшафтов. Внимание сейчас сконцентрировано на том, чтобы вернуть в хозяйственный оборот территории бывших карьеров, после
того, как в прошедшие годы массы вскрышных пород были уплотнены, крупные механизмы демонтированы и отправлены в металлолом,
а установки и строения снесены.
На юге от Лейпцига так возникло оз. Коспуденер Зее, а в Верхнем Лаузице оз. Ольберсдорфер Зее. Местные власти при поддержке
федеральных структур и промышленности создают на этих новых
озерах рекреационные комплексы с яхтклубами и базами отдыха.
На экологическую реабилитацию урановых разработок в Саксонии с начала работ в 1990 г. было израсходовано примерно 2 млрд эвро.
В частности, на санируемых предприятиях компании «Висмут» (ранее
советско-германское предприятие по переработке урана) приводятся в
безопасное состояние шахты, расположенные на небольшой глубине сооружения, отвалы и промышленные отстойники, сносятся старые производственные установки. Карьеры в Шлеме-Альбедоре и Кенигштайне
заполняются водой. Очистка откачиваемых шахтных вод и радиоактивных компонентов производится на многих стадиях, в конечном счете,
очищенные воды сбрасываются в речные системы. Эту работу полностью
контролируют и поддерживают федеральные власти.
В дальнейшем бывшие отвалы и хозяйственные площади передаются для лесохозяйственного, сельскохозяйственного и промышленного использования в Землях. На поддержание в безопасном состоянии и
санирование 143 опасных участков старых горных разработок с 2002 г.
было выделено около 8,7 млн евро.
На территории восточной Германии после вывода советских
войск оказались брошенными десятки военных полигонов, авиабаз и
военных городков. Большинство из них нуждались в серьезной реабилитации.
Эта проблема также входит в перечень для ликвидации прошлого экологического ущерба. На некоторых авиабазах и аэродромах до
сих пор производится очистка подземных горизонтов от нефтепродуктов и авиатоплива.
В 1980 г., спустя десятилетие после празднования первого Дня
Земли, Конгресс США принял документ «О всеобъемлющих мерах
по охране окружающей среды, компенсациях и ответственности»
(CERCLA), согласно которому был создан «Суперфонд», целевая федеральная программа по очистке неконтролируемых захоронений
вредных отходов.
436
Благодаря данной программе у федерального правительства появилась возможность помочь городам и штатам очистить свалки с токсичными отходами, представляющие опасность для окружающей среды и здоровья населения страны.
Адресная программа «Суперфонда» началась с выделения гранта округу Киахога штата Огайо в 1993 г.
Первоначальной задачей ставилось – подобрать (а затем очистить) объекты для реабилитации при определении четкой юридической ответственности, связанной с выбранными объектами.
В январе 2002 г. был принят Закон об освобождении малого бизнеса от ответственности и восстановлении объектов «браунфилдс».
В начале 1990-х гг., Конференция мэров США назвала заброшенные
промышленные и коммерческие зоны – «браунфилдс» одной из острейших проблем городов Америки. При этом было отмечено, что заброшенные
промышленные и коммерческие зоны снижают стоимость соседней недвижимости и сокращают налоговые поступления; их территория загрязнена
опасными токсикантами и приводит в целом к упадку в районе.
При этом было установлено, что «браунфилдс» – это недвижимость, чье развитие, застройка и вторичное использование осложняется
присутствием (доказанным или возможным) на её территории вредных
веществ, поллютантов или контаминантов».
Распространенные загрязнители на «браунфилдс»:
· нефтепродукты и углеводороды;
· свинец и другие металлы;
· полициклические ароматические углеводороды;
· летучие органические соединения;
· пестициды;
· полихлорированные бифенилы (ПХБ).
Программа «браунфилдс» и восстановление заброшенных земель предоставляет гранты и техническую помощь на восстановление пришедших в упадок районов, а именно:
· предоставляет гранты на развитие и совершенствование программ, инициируемых местными общинами и самоуправлением;
· разрабатывает механизмы освобождения от некоторых требований законодательства и защиту от юридической ответственности, чтобы укрепить уверенность в инвесторах и привлечь инвестиционный капитал;
· способствует развитию сотрудничества.
Было принято решение о выполнении «пилотных» проектов
Агентства окружающей среды США (EPA) со стартовым финансированием для местных властей.
437
Из продемонстрированных делегации Российской Федерации
при ознакомлении с опытом экологической реабилитации загрязненных территорий США (декабрь 2010 г.) материалов – отмечены наиболее успешные программы «браунфилдс»:
Общие результаты программы «браунфилдс» (по состоянию на
август 2010 г.): выделено более $15,3 млрд на очистку и восстановление территорий; создано более 66 210 рабочих мест; оказана помощь в проведении экологической оценки более чем 15 900 объектов
недвижимости; оказана помощь в очистке более 530 объектов; 1326
объектов общей площадью 17212 акров готовы к повторному использованию.
Согласно Директиве Европейского Союза № 96/61/ЕС, вся промышленность стран ЕС должна использовать наилучшие имеющиеся
технологии (BAT). Целью является сокращение воздействия на окружающую среду и энергосбережение.
Норвегия, в которой на первый взгляд не было таких масштабных
проблем с загрязнением территории, как в Германии, более 20 лет
проводит профилактическую работу, реализуя проект «Чистое производство», который охватывает все фазы жизненного цикла опасных
химических соединений и технологических цепочек производства.
В соглашении между Министерством охраны окружающей среды
и Конфедерацией Норвежского бизнеса и промышленности, «Чистое
производство» было включено как часть общей национальной экологической политики. Программа «Чистое производство» является
средством решения долгосрочной задачи корпоративного изменения
и устойчивого развития.
Программа содействует:
· решению экологических проблем в Норвегии;
· достижению национальных экологических целей;
· стимулированию норвежской промышленности в части развития экологически чистых технологий.
Норвежская модель проекта «Чистое производство» включает
программу оценки (аудита) и программу технологического перевооружения, поддерживающую демонстрационные проекты новых технологий как для больших компаний, так и для малых и средних компаний. Еще одно направление – энергосбережение
Все программы проводятся негосударственными организациями от имени властей. Это было сделано, чтобы роль властей не совмещалась с ролью консультантов. При этом общая государственная
поддержка: 30 млн норвежских крон (4 млн евро) при участии 300
компаний.
438
Инструкции Программы «Чистое производство» разработаны
для нескольких промышленных секторов. Годовые показатели вариантов улучшения по первым 100 завершённым проектам «Чистое
производство» при цене мероприятий 11,3 млн норвежских крон:
· снижение на 600 т выбросов летучих углеродных частиц;
· снижение на 5000 т количества отходов производства;
· снижение на 500 т количества опасных отходов;
· энергосбережение 14 компаний на 17,5 ГВт ч;
· снижение водопотребления в 14 компаниях на 10–50 %.
Природоохранные органы Норвегии, действуя в рамках вышеуказанной Директивы ЕС, требуют, чтобы все предприятия в своих
ежегодных отчётах представляли информацию об улучшениях, касающихся здоровья, безопасности и качества окружающей среды. Отдельно следует отметить, что активность со стороны общественных
организаций, граждан и СМИ побуждает руководство компании к
улучшению экологической ситуации.
Пример внедрения Программы был продемонстрирован делегации Российской Федерации в декабре 2010 г. на целлюлозно-бумажном предприятии АО «Норске Скугс Саугбрюк» на западе Норвегии.
По данным мониторинга с 1975 г. в соответствии с проведенными мероприятиями программы «Чистое производство» полностью
прекращен сброс загрязненных сточных вод в воды фьорда, очищена
прилегающая к заводу территория, введена система энергосбережения,
заменены на альтернативные опасные химические вещества, используемые ранее в цикле производства. Все это произведено без ущерба для
прибыли предприятия.
В ходе второй встречи Межправительственного переговорного
комитета по подготовке глобального юридически обязательного соглашения по ртути, проходившей в Чибе (Япония) в январе 2011 г.
Правительство Японии и ряд неправительственных организаций привлекли внимание мировой общественности к проблемам загрязнения
соединениями ртути водной среды, рыбы и биоты в прибрежных водах Японии и, как следствие, массовым поражениям здоровья проживающего населения на побережье залива Минамата и в бассейне р.
Агано вследствие сбросов метилртути заводами Chisso Corporation.
Правительство Японии приняло ряд нормативных документов,
вложило (и взыскало с загрязнителя) значительные средства на проведение реабилитационных работ, но проблема актуальна и сейчас. В
связи с этим Япония вышла с предложением назвать будущее соглашение – конвенцией Минамата и провести в Японии дипломатическую конференцию в 2013 г.
439
Хочется надеяться, что при разработке государственных (и региональных) программ по ликвидации прошлого экологического
ущерба, а также при разработке планов и прогнозов экономического
развития отдельных территорий России будет учтен мировой опыт
решения экологических проблем.
БИОМАССА ГРИБНОГО МИЦЕЛИЯ И СОСТОЯНИЕ
МИКРОСКОПИЧЕСКИХ ГРИБОВ В ПОГРЕБЕННЫХ И
СОВРЕМЕННЫХ ПОЧВАХ СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ
Е.В. Чернышева, студентка
Воронежский государственный университет
А. В. Борисов, к.б.н., с.н.с., В.А. Демкин, д.б.н., профессор
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН,
г. Пущино
Грибы являются одним из важнейших компонентов почвенных
экосистем. Образуя большие запасы биомассы в почвах, они оказывают огромное влияние на их формирование и функционирование.
Для того чтобы оценить состояние грибной микрофлоры в почве
необходимо иметь представления о ее количественном содержании,
выраженном в суммарной биомассе мицелия и спор.
До настоящего времени сведения о состоянии микроскопических
грибов в погребенных палеопочвах в литературе весьма незначительны. В частности, показано, что перекрытые отложениями фрагменты
древних палеопочв содержат комплекс жизнеспособных микроскопических грибов, сохраняющихся в виде запаса спор (Марфенина и
др., 2009). Кроме того, было установлено, что в отдельных горизонтах
палеопочв может содержаться значительное количество грибных колониеобразующих единиц, причем их число может превышать аналогичные значения для современных почв (Иванова и др., 2006). Результаты исследования почв археологических памятников выявили,
что в подкурганных палеопочвах степной зоны сохраняется грибной
мицелий на уровне 40–50 % его содержания в современных аналогах
(Демкина и др., 2010). Также показано, что в свойствах микобиоты
антропогенно-преобразованных почв по сравнению с фоновыми почвами закрепляется память об антропогенных воздействиях на почву,
имевших место в прошлом (Марфенина и др., 2008).
В то же время практически отсутствуют сведения о состоянии
грибного мицелия в сравнительно молодых палеопочвах, время пре Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 09-04-00233) и Программы
фундаментальных исследований Президиума РАН.
440
бывания которых в погребенном состоянии не превышает нескольких
сотен лет. Поэтому определенный интерес представляют целинные
почвы нового времени (XVI–XIX вв.), погребенные под грунтовыми насыпями. К таким объектам относятся фортификационные сооружения Русского государства, для которых точно известно время
строительства. Грунтовые насыпи в данном случае создаются единовременно, и их мощность составляет несколько метров, что обеспечивает надежную консервацию погребенной почвы и полное отсутствие
поступлении органического вещества.
В связи с этим цель работы заключалась в изучении состояния и
функционирования грибной микрофлоры в погребенных и современных почвах сухостепной зоны.
Район и объекты исследования расположен в южной части Приволжской возвышенности в пределах сухостепной зоны, в подзоне
каштановых почв.
Климат умеренно континентальный. Среднегодовое количество осадков составляет 350–400 мм. Сумма температур воздуха выше
10°С 2900–3100°С. Почвенный покров региона характеризуется комплексностью. Основными компонентами, создающими неоднородность почвенного покрова, являются зональные каштановые почвы
различной степени засолённости и солонцеватости в сочетании с солонцами, луговыми и темноцветными почвами понижений.
Объектами изучения послужили палеопочвы оборонительного
вала Царицынской линии (вала Анны Иоанновны) и современные
фоновые почвы. Царицынская укрепленная линия – это военно-инженерный комплекс, созданный в Нижнем Поволжье в 1718–1720 гг.
по указу Петра I. Он представлял собой систему оборонительных сооружений от г. Царицына на Волге до Паньшина – городка на Дону, и
перекрывал основной путь вторжения крымских татар на земли Русского государства.
Для изучения биомассы и состояния грибного мицелия в погребенных и современных почвах на водораздельном участке была
заложена траншея, вскрывающая погребенные почвы под валом и
прилегающий участок фоновых почв (рис. 1). Погребенные почвы
были представлены каштановыми остаточно-солонцеватыми незасоленными (разрезы Д-737 и Д-739), а современные каштановыми
солонцеватыми глубоко солончаковатыми почвами (разрезы Д-743,
Д-746 и Д-748).
Некоторые химические свойства и гранулометрический состав
погребенных и современных почв представлены в табл. 1.
Погребенные почвы характеризовались среднесуглинистым грану441
Рис. 1. Схема расположения почвенных разрезов
лометрическим составом. Содержание гумуса в гор. А1 1,0–1,5 %. Реакция
среды по всему профилю нейтральная. Вскипание отмечалось с глубины
~ 40 см, содержание СаСО3 в гор. В2 8–10 %. Для современных каштановых почв были характерны следующие признаки: содержание гумуса в
гор. А1 – 1,9–2,9 %; гранулометрический состав по всему профилю среднесуглинистый; реакция среды изменяется с глубиной от нейтральной до
слабощелочной. Линия вскипания расположена на глубине 40–45 см, содержание СаСО3 в гор. В2 – 9–12 %. Для всех почв была характерна призматическая структура в горизонте В2; грани структурных отдельностей
были покрыты органо-глинистыми кутанами; также наблюдалась текстурная дифференциация почвенного профиля по содержанию илистой
фракции. Все это свидетельствует о развитии солонцового процесса.
Методы исследования. Длину грибного мицелия определяли
прямым подсчетом на мембранных фильтрах по методу Хансена в модификации Демкиной и Мирчинк (Звягинцев и др., 1980). Почвенную суспензию фильтровали через мембранный фильтр с размером
пор 3 мкм, окрашивали красителем дианиловым голубым, который
позволяет разделить темноокрашенный и светлоокрашенный мицелий. Длину находящегося на фильтре мицелия подсчитывали в 50
полях зрения. Биомассу мицелия рассчитывали по длине гиф, принимая средний диаметр гиф равным 4 мкм.
Для определения изменений биомассы и структуры грибного
мицелия при инкубировании в условиях повышенной влажности образцы почв увлажняли до 60 % ППВ, переносили в стеклянный стакан, закрывали алюминиевой фольгой и помещали в термостат при
температуре 300С на 25 дней. После инкубирования измеряли длину
гиф в соответствии с вышеописанным методом.
442
%
Гипс
СaCO3,
Гумус,
Влажность
рН вод.
Глубина, см
Горизонт
Таблица 1. Некоторые химические свойства и гранулометрический состав
погребенных и современных почв
Сухой
остаток
Содержание
частиц
< 0,01
мм
%
< 0,001
мм
%
Разрез Д-737. Погребенная каштановая остаточно-солонцеватая незасоленная почва
А1
90-104
5,6
7,2
1
1,3
0,85
0,44
25
8
В1
104-120
В2 Са
120-137
8,9
7
1,3
1,6
1,05
0,51
48
25
7,7
7,4
1,1
8,4
0,78
0,15
48
22
Разрез Д-739. Погребенная каштановая остаточно-солонцеватая незасоленная почва
А1
44-59
5,3
7,9
1,5
1,8
0,04
0,06
26
8
В1
59-82
8,1
7,8
1,5
1,8
0,01
0,03
49
27
В2 Са
82-99
7
8
1,3
9,7
0,03
0,04
52
29
Разрез Д-743. Каштановая солонцеватая глубоко солончаковатая
А1
7-20
6,3
7,8
2
2,6
0,02
0,05
41
19
В1
20-44
8,7
7,8
1,2
2,1
0,03
0,05
48
25
В2 Са
44-55
6,6
8
0,8
12,1
0,02
0,03
50
24
Разрез Д-746. Каштановая солонцеватая глубоко солончаковатая
А1
0-16
3,4
7,2
1,9
2,1
0,02
0,05
39
19
В1
16-45
8,5
7,4
1,8
2,1
0,02
0,04
53
31
В2 Са
45-61
7
8
0,2
8,7
0,06
0,05
48
24
Разрез Д-748. Каштановая солонцеватая глубоко солончаковатая
А1
0-14
2,9
7,3
2,9
1,1
0,03
0,08
38
17
В1
14-44
8,5
7,2
1,4
1,1
0,02
0,06
47
25
В2 Са
44-58
6,4
8,1
1
10,6
0,01
0,06
50
27
Для изучения целлюлазной активности погребенных и современных почв в чашки Петри помещался слой почвы, увлажненный
до 60 % ППВ, поверх которого помещалась стерильная капроновая
сетка с ячейками 3×3 мм. На сетку укладывали диск из грубой стерильной льняной ткани, которая также перекрывалась сеткой. Сверху насыпался еще один слой почвы. Чашки помещались в термостат
443
при температуре 300 С. После 30 дней инкубирования образцы ткани извлекались из чашек, тщательно промывались, помещались в
сушильный шкаф и высушивались при температуре 1050 в течении
часа. Целлюлазную активность выражали в процентах и рассчитывали по изменению массы образцов ткани в сравнении с исходной после инкубирования.
Результаты и обсуждение. В исследуемых почвах максимальная
суммарная биомасса грибного мицелия была отмечена в современной
каштановой почве (разрез Д-743), где она составляла 404 мкг/г почвы
(средневзвешенная величина для горизонтов А1+В1+В2) (рис. 2). Этот
разрез расположен в месте перехода насыпи вала к современным почвам.
Максимальное содержание мицелия обусловлено тем, что в весенне-летний период здесь складываются условия повышенного увлажнения за
счет склонового стока осадков. Биомасса мицелия в гор. А1 и В1 была
приблизительно одинаковой, а в гор. В2 отмечалось ее уменьшение.
В современных каштановых почвах (разрезы Д-746 и Д-748), наблюдалось уменьшение содержания грибного мицелия до 322 и 266 мкг/г
почвы по сравнению с разрезом Д-743. Минимальное содержание грибного мицелия было отмечено в почве, погребенной под насыпью мощностью 90 см (разрез Д-737), где оно составляло 126 мкг/г почвы. Это
связанно с отсутствием поступления органического вещества и влаги в
погребенную почву. В почве, погребенной под насыпью мощностью 44 см
(разрез Д-739), наблюдалось увеличение содержания грибного мицелия
до 264 мкг/г почвы.
Биомасса темноокрашенного мицелия в исследованных почвах изменялась незначительно и варьировала в пределах от 47 до 78 мкг/г почвы в гор. А1, от 36 до 87 мкг/г в гор. В1 и от 16 до 47 мкг/г почвы в гор. В2.
В то же время, изменения биомассы светлоокрашенного мицелия были
выражены более ярко. Минимальное содержание светлоокрашенного
грибного мицелия было отмечено в почве, погребенной под насыпью
мощностью 90 см, где оно составляло 18 и 9 мкг/г почвы в гор. А1 и В1
соответственно. В гор. В2 светлоокрашенный мицелий не был выявлен. В
почве, погребенной под насыпью мощностью 44 см, наблюдалось увеличение биомассы мицелия, а в гор. В2 появляется светлоокрашенный мицелий. Максимальное содержание светлоокрашенного мицелия было отмечено в разрезе Д-743, где оно составило 76, 102 и 58 мкг/г в гор. А1, В1 и
В2 соответственно. В современных почвах биомасса мицелия составляла
57–79 мкг/г почвы в гор. А1 и В1 и 13–29 мкг/г почвы в гор. В2.
В погребенных почвах в структуре грибного мицелия преобладал
темноокрашенный мицелий, т. к. он более устойчив к неблагоприятным условиям (Мирчинк, 1988). Устойчивость темноцветных грибов
444
445
Рис. 2. Биомасса и структура грибного мицелия в современных и погребенных почвах: I – суммарная
биомасса мицелия, II – биомасса темноокрашенного мицелия, III – биомасса светлоокрашенного мицелия, IV
– структура грибного мицелия
Таблица 2. Биомасса грибного мицелия в погребенных и современных
почвах (средневзвешенная величина для горизонтов А1+В1+В2)
Разрез,
№
Суммарная
биомасса,
мкг/г почвы
Биомасса
темноокрашенного
мицелия, мкг/ почвы
Биомасса
светлоокрашенного
мицелия, мкг/ почвы
Д-737
125,9 ± 10,9
99,4 ± 7,5
26,5 ± 3,4
Д-739
263,6 ± 41,7
207,2± 25,7
56,4 ± 16,0
Д-743
404,0 ± 34,3
167,5± 11,3
236,5 ± 23,0
Д-746
322,0 ± 15,4
141,0 ± 3,2
181 ± 12,2
Д-748
266,2 ± 14,4
139,4 ± 6,6
126,8 ± 7,8
обусловлена наличием пигментов типа меланина. В почве под насыпью мощностью 90 см практически весь мицелий был представлен
темноокрашенным (рис. 2). Минимальная доля темноокрашенного
мицелия была отмечена в современной каштановой почве (разрез Д743), где она составляла 50 % в гор. А1, 34 % в гор. В1 и 39 % в гор. В2.
В современных почвах доля темноокрашенного мицелия составила
44–51 % в гор. А1, 40–49 % в гор. В1 и 54–67 % в гор. В2.
Биомасса и структура грибного мицелия до и после инкубирования в условиях повышенной влажности. После 25 дней инкубирования при температуре 300С и влажности 60 % ППВ произошло
увеличение биомассы грибного мицелия во всех исследуемых почвах
(рис. 3). Увеличение суммарной биомассы произошло, главным образом, за счет увеличения биомассы светлоокрашенного мицелия. При
этом в погребенной почве увеличение биомассы мицелия было более
значительным, чем в современной почве. Так, в погребенной почве
содержание мицелия увеличилось в 5 раз, тогда как в современной
почве в 3 раза. Содержание темноокрашенного мицелия после инкубирования изменилось незначительно и варьировало в пределах от
47 до 57 мкг/г почвы в гор. А1, от 36 до 44 мкг/г почвы в гор. В1 и от
16 до 26 мкг/г почвы в гор. В2. В погребенной и современной почве после инкубирования в структуре грибного мицелия сократилась
доля темноокрашенного мицелия: d погребенной почве – с 70–100 %
до 44–52 %, а в современной – с 49–67 % до 23–33 %.
Интенсивность разложения целлюлозы (целлюлазная активность) в погребенной и современной почве существенно различалась.
Особенно ярко эти различия были выражены в гор. А1. Так, в этом
горизонте современной почвы интенсивность разложения составила
54 %, тогда как в погребенной она составляла 14 % (рис. 4). В гор. В1
и В2 различия в интенсивности разложения целлюлозы были не до446
447
Рис. 3. Суммарная биомасса (I) и структура грибного мицелия (II) в погребенных и современных почвах до и
после инкубации
Рис. 4. Интенсивность разложения целлюлозы
стоверны. В погребенной почве целлюлазная активность составила в
гор. В1 – 17 %, а в гор. В2 – 9 %.
Так как биомасса темноокрашенного мицелия в современной и
погребенной почвах в целом была близка, можно сделать вывод, что
на интенсивность разложения целлюлозы этот показатель оказывал
незначительное влияние.
Более тесная зависимость грибной биомассы и целлюлазной активности была характерна для светлоокрашенного мицелия. В погребенной почве интенсивность разложения целлюлозы соответствовала
содержанию грибного мицелия. Однако в современной почве наблюдалась другая закономерность: максимальная активность целлюлазы
была отмечена в гор. А1, хотя содержание мицелия в этом горизонте
было меньше, чем в гор. В1. Это может быть связанно с тем, что в гор.
В1 преобладают виды микроскопических грибов, специализирующиеся на других источниках углерода.
Выводы. 1. Максимальная биомасса грибного мицелия (средневзвешенная величина для горизонтов А1+В1+В2) была выявлена
в современной каштановой почве (разрез Д-743), где она составила
404 мкг/г почвы. В современных почвах биомасса мицелия колебалась в пределах от 266 до 322 мкг/г почвы. В палеопочвах величина
биомассы изменялась от 126 до 264 мкг/г почвы.
2. В структуре мицелия микроскопических грибов погребенных
почв, преобладал темноокрашенный мицелий. Его доля колебалась в
пределах от 70 до 100 %. В современных почвах наблюдалось возрастание доли светлоокрашенного мицелия. Этот показатель варьировал
в пределах от 50 до 66 %.
3. После 25 дней инкубирования при температуре 300С и влажности 60 % ППВ наблюдалось увеличение содержания мицелия как
в погребенной, так и в современной почвах. Увеличение суммарной
448
биомассы произошло за счет увеличения содержания светлоокрашенного мицелия. Наибольшее увеличение суммарной биомассы
грибного мицелия отмечалось в погребенной почве, которое, примерно в 1,5 раза было выше, чем в современной почве.
4. Интенсивность разложения целлюлозы в погребенной и современной почве существенно различалась лишь в гор. А1, где она составляла 54 %, в то время как в погребенной почве 14 %. В гор. В1 и В2
в современной почве интенсивность разложения составила 20 и 16 %,
а в погребенной почве 17 и 9 % соответственно.
Литературы
Демкина Т.С., Хомутова Т.Э., Каширская Н.Н. и др. Микробиологические исследования палеопочв археологических памятников степной зоны // Почвоведение. 2010.
№2. С.213-220.
Звягинцев Д.Г., Асеева И.В., Бабьева И.П., Мирчинк Т.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. 224 с.
Иванова А.Е., Марфенина О.Е., Кислова Е.Е., Зазовская Э.П. Микологические характеристики культурного слоя средневекового поселения на дерново-карбонатных
почвах // Почвоведение. 2006. №1. С.62–71.
Марфенина О.Е., Иванова А.Е., Кислова Е.Е. и др. Грибные сообщества почв раннесредневековых поселений таежно-лесной зоны // Почвоведение. 2008. №7. С.850–860.
Марфенина О.Е., Сахаров Д.С., Иванова А.Е., Русаков А.В. Микологические свойства голоценовых и позднеплейстоценовых палеогоризонтов и фрагментов палеопочв
// Почвоведение. 2009. №4. С.469–478.
Мирчинк Т.Г. Почвенная микология: Учебник. М.: Изд-во МГУ, 1988. 222 с.
РУССКИЙ КОСМИСТ С.А. ПОДОЛИНСКИЙ
В.С. Чесноков, к.э.н., с.н.с.
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН,
Москва
Сергей Андреевич Подолинский (1850–1891) – ученый, натуралист-мыслитель, врач, общественный деятель и публицист, имя
которого до сих пор мало известно в научном сообществе. Его труды
участвовали в формировании представлений о космичности жизни,
о глобальных проблемах человечества, месте человека в природе и в
развивающемся обществе. Его новаторские идеи не были поняты современниками, труды не переводились и не переиздавались, а имя его
оказалось забытым. В.И. Вернадский называл его «забытым научным
новатором» и одним из своих предшественников в создании всеобъемлющей концепции космического и гуманитарного плана – учения о
449
биосфере. В нем вековой синтез идей и достижений глобальной экологии, философское обоснование путей развития цивилизации. Концепция социальной энергетики Подолинского указала на принципиально
иной путь устойчивого развития человечества, основанный на переходе от использования невозобновляемых ресурсов к неиссякаемым
космическим (природным) источникам мощности, в первую очередь,
творящей жизнь солнечной энергии.
Подолинский окончил естественное отделение физико-математического факультета Императорского университета Св. Владимира в Киеве. Он увлекался физиологией и политической экономией,
посещал семинар Зибера, где обсуждались рефераты по «Капиталу»
К. Маркса. Кафедра Зибера была первой в мире университетской кафедрой, где излагалось экономическое учение К. Маркса. Здесь Подолинский познакомился с марксовой теорией классовой борьбы как
движущей силой общественного развития. По окончании учебы Подолинский прибыл в Западную Европу, чтобы совершенствоваться в
физиологии. В Париже Подолинский познакомился с П.Л. Лавровым,
а через него в Лондоне с К. Марксом и Ф. Энгельсом. На медицинском
факультете университета Цюриха Подолинский слушал лекции немецкого физиолога проф. Л. Германа, в Париже – лекции Клода Бернара о явлениях жизни, общих для животных и растений, в Бреславле
– учился и работал у немецкого физиолога Р. Гейденгайна. Здесь он
выполнил большое исследование на тему «К вопросу о панкреатических белковых ферментах», в 1876 г. защитил диссертацию и получил
степень доктора медицины.
В западноевропейских научных центрах Подолинский интересовался
естествознанием и медициной, социальной гигиеной, антропологией, археологией, историей культуры, исторической этнографией, социальным и
политическим движением. Разнообразие интересов, общение с представителями разных отраслей знания позволили ему расширить свой научный
горизонт, выработать основы собственного исторического миросозерцания. В жарких спорах и дискуссиях о текущих проблемах и будущих судьбах человечества, в тиши научных библиотек, где молодой ученый знакомился с последними достижениями естественных и общественных наук,
созревал и закалялся синтетический способ его мышления.
В 1875 г. Подолинский опубликовал в газете «Киевский телеграф» серию статей о здоровье населения Малороссии, о своих впечатлениях от путешествия по Галиции и Австро-Венгрии. Общественное
здоровье русского народа, отмечал Подолинский, находится в самом
печальном состоянии, его смертность наибольшая в Европе, средняя
продолжительность жизни одна из самых коротких, средняя сила и
450
годность к воинской службе – одни из самых последних по сравнению
с другими народами. После посещения завода по производству ружей
для австрийской армии и армии Священной Германской империи Подолинский отмечал, что завод выполняет «самую важную в политическом отношении работу, которая существует на земном шаре». После
посещения завода по производству свинцовых белил в г. Целовце он
назвал это производство «настоящим гнездом вырождения рабочего
населения путем хронического свинцового отравления». Подолинский
указал две тенденции: онемечивание славянского населения и обезземеление мелких собственников.
Концепция социальной энергетики Подолинского. Статью Подолинского «Труд человека и его отношение к распределению энергии»
(1880) можно с полным основанием отнести к предвестникам становления учения о биосфере и ее эволюции в ноосферу. В ней прослеживается история накопления, сбережения и использования превратимой
части солнечной энергии на земной поверхности. Источником жизни
на Земле является солнечная энергия, и ученый вычисляет мощность
солнечного излучения, делает прогноз о постепенном уменьшении ее
величины. Он анализирует проблему накопления энергии на земной
поверхности на трех основных этапах ее эволюции: при отсутствии
жизни; при ее становлении и эволюции; появление человека и развитие цивилизации. На первом этапе солнечная энергия в основном отражалась от поверхности планеты и уходила в мировое пространство.
С появлением живого вещества и биосферы на первый план выступают
процессы, связанные с накоплением солнечной энергии. Главной ареной
эволюционных изменений становятся углеродсодержащие соединения – основа жизненных процессов.
Органическая жизнь коренным образом изменила не только вид и
свойства земной поверхности, но также количество и способ распределения высших видов энергии. Растения, считал Подолинский, злейшие
враги мирового рассеяния энергии. Появление растений – одно из самых необычных обновлений, которые исторически претерпели облик
земной поверхности и химизм планеты. Главные свидетели многовековой деятельности растений это кислородная атмосфера и громадные
запасы ископаемого органического топлива, а также разные горные
породы органического происхождения. Следовательно, Подолинский
предсказал появление понятия «былые биосферы», которое позже
употреблял Вернадский. Процессы накопления превратимой энергии
Подолинского, Вернадский называл ростом свободной (действенной,
активной) энергии, ростом способности к совершению внешней работы во всех проявлениях жизни в биосфере.
451
Процесс историко-эволюционного формирования человека, по
Подолинскому, заключался в развитии потребности в использовании и
постоянном совершенствовании орудий труда, которые первоначально
он находил готовыми в самой природе. Животные дрались органами
своего тела, человек взял в арсенал своих действий материал природы.
Были открыты свойства острого конца палки, появилось метательное
оружие и палка-копалка. Переход от естественного острия к умышленному заострению составлял дальнейшее усовершенствование. Работающие руки и мозг человека придавали такое направление его трудовой деятельности, вследствие которого дополнительное количество
солнечной энергии вовлекалось в обмен на земной поверхности. Эволюция изменила направление своего пути, перешла от развития тела к
развитию разума. В современных условиях совершенствовать орудия
труда может только научно, технически и культурно подготовленный
человек, который и является движущей силой исторического процесса
развития человечества. Совершенствование орудий труда ведет к росту энерговооруженности и производительной силы общества.
С развитием общества усложняется нравственная и умственная
жизнь людей, отмечает Подолинский, растет и количество труда, удовлетворяющее эти потребности. Например, удовлетворение умственной
потребности, не вызывавшее никакого труда у первобытного человека,
ведет теперь к постройке университетов с их лабораториями, к организации научных экспедиций и т.д. Продолжая эту мысль Подолинского,
Вернадский отмечал, что в ХХ в. научная мысль охватила всю поверхность планеты, все на ней находящиеся государства. Всюду создались
многочисленные центры научной мысли и научного искания.
Рост научного знания, по Вернадскому, стирает грани между науками и приводит к специализации не по наукам, а по проблемам.
Такой синтетический подход позволяет глубже изучать исследуемое
явление и расширять его охват со всех сторон, со всех точек зрения.
Подолинский определяет труд человека как такое потребление механической и психической работы, накопленной в организме, которое
имеет результатом увеличение количества превратимой энергии на
земной поверхности.
Общее количество энергии, получаемое земной поверхностью от
Солнца постепенно уменьшается, а общее количество энергии, накопленное на ней и находящееся в распоряжении человечества, постепенно увеличивается. Это увеличение происходит под влиянием труда
человека, отмечает Подолинский в выводах статьи (1880). Нам представляется, что цель накопления энергии человечеством на земной
поверхности показана 12 апреля 1961 г. полетом первого космонавта
452
планеты Ю.А. Гагариным. Эффект усиления мощности и физическая
природа прибавочного продукта особенно ярко проявляются в сельском хозяйстве. Ведь земледелец из дарового сырого материала (воздуха) и даровой силы (солнечной энергии) изготовляет ценности. В
этом состоит главная тайна его производительности и производства
новой материи (прибавочного продукта).
Поток солнечной энергии – это единственный фактор, не зависящий от воли человека, и именно он определяет теоретический предел
плодородия данной площади земли. Каждый луч Солнца, непроизводительно отразившийся обратно в мировое пространство, это ценность
бесповоротно и окончательно потерянная, это часть наследия наших
потомков, беспечно нами растраченная. Для усиления мощности необходимо улавливать некоторый поток энергии, как, например, растения
при фотосинтезе используют поток солнечной энергии и осуществляют тем самым свою космическую функцию. Использование паруса,
водяной и ветряной мельницы, приливов и отливов, подземного тепла, культурных растений и домашних животных, ископаемого органического топлива – все это примеры управления природными потоками
энергии и усиления мощности человека.
Человек определенными волевыми актами способен увеличивать
долю энергии, накапливаемой на земной поверхности, и уменьшать количество рассеиваемой или расхищаемой энергии. Все производства
добывающей и обрабатывающей промышленности, по Подолинскому,
потребляют известное количество превратимой энергии, и все они прямо или косвенно возвращают это потребление с избытком, посредством
увеличения обмена энергии или доставления человеку возможности сберегать часть своей энергии и употреблять ее с большей выгодой на какиелибо новые производства. Процесс накопления энергии в форме роста
энерговооруженности труда, в форме роста коэффициентов полезного
действия технических средств и технологических процессов, в форме
исключения никому не нужных работ (характеризующих повышение качества планов) приводит к перемещению границы между рабочим и свободным временем в пользу последнего. Появившееся дополнительное
свободное время можно использовать для удовлетворения новых, более
высоких потребностей человека, в первую очередь для самообразования,
повышения своего уровня культурного развития.
Следует признать, что значительно раньше физическую природу
прибавочного продукта пытались выяснить физиократы. Их центральная идея заключалась в том, что источник прибавочного продукта следует искать в физической производительности земли. Основное материальное отличие земледелия от промышленности физиократы видели
453
в том, что в земледельческом процессе природа создает новую материю
(прибавочный продукт), наряду с имевшейся ранее. Промышленность
же не в состоянии увеличивать количество материи и ограничивается приданием ей разной формы. Физиократы установили факт, но не
смогли его объяснить. Тогда, как и при жизни Подолинского, еще не
существовало понятие фотосинтеза. Только после пионерских трудов
по хемосинтезу С.Н. Виноградского, В. Пфеффер в 1897 г. ввел понятие фотосинтеза в научный оборот, что позволило доказать физическую сущность прибавочного продукта в сельском хозяйстве. Человек
сберегает все большую часть энергии, используя более совершенные
орудия труда, с помощью одежды и обуви, постройкой жилья, путем
воспитания и образования.
Изобретение скотоводства и земледелия, охрана стад и истребление хищников вызвали к жизни предприимчивость и умственное
развитие, дали людям досуг, необходимый для проведения многочисленных и разнообразных наблюдений и опытов. Уменье пользоваться
огнем, т.е. солнечной энергией, сбереженной растениями, помогло человеку одержать первые и самые трудные победы.
Но только после начала земледелия начинается быстрый рост численности людей. Прогресс в размножении вел к сокращению свободной
территории, уменьшению амплитуды перемещений, различным столкновениям. Возникла проблема извлечения оптимальных результатов
при все более ограниченных условиях. Земледелие означало оседлость,
появились эмпирическое улучшение злаков, фруктов, домашних животных, гончарное ремесло, ткачество, зачатки металлургии. Торговля
и передача идей увеличили взаимные связи между народами, возникли
традиции, коллективная память, взаимопроникновение и взаимообогащение культур. Подолинский приходит к выводу, что человеческий
труд удерживает на земной поверхности и использует превратимую
солнечную энергию более продолжительное время, чем это было бы
без него. Если растения бессознательно накапливают солнечную энергию в измененной форме, то человеческий труд сознательно соединяет
естественные функции накапливающего энергию растения и потребляющего энергию животного.
Подолинский различал неиссякаемые (возобновляемые) природные источники мощности, зависящие от Солнца, и невозобновляемые
(исчерпаемые) запасы вещества и энергии. Пример возобновляемого
потока ресурсов (энергии) – это ежегодный урожай зерновых за счет
использования неиссякаемого потока солнечной энергии. Ученый
анализирует добычу каменного угля и торфа, считает их невозобновляемым капиталом, постоянно убывающим из-за превращения в ме454
ханическую работу, тепло, свет, вредные отходы и т.д. Если общество
основывает свое благополучие и развитие на ограниченном, постоянно
убывающем ресурсе, то возникает глобальная проблема устойчивости
развития, подчеркивает Подолинский.
Наряду с рассеянием энергии, ученый выделял ее расхищение, под
которым понимались явления, противоположные труду, их он называл
отрицательным трудом. К нему он относил, например, военные расходы. Военная музыка, возбуждающая людей идти на самоистребление
– пример расхищения энергии посредством искусства, считал Подолинский. Он заложил основы новой, совершенно оригинальной теории труда, не только как экономической, но и нравственной категории,
рассматриваемой под углом естественнонаучных процессов.
Подолинский высказывает мысль о возможности использования
солнечной энергии для синтеза питательных веществ из неорганических материалов, чтобы обеспечить продовольствием быстро растущее
население планеты (глобальная проблема автотрофности человечества). В выводах статьи (1880) он пишет, что применение солнечной
энергии в качестве непосредственного двигателя и приготовление питательных веществ из неорганических материалов являются главными
вопросами, стоящими перед обществом для продолжения наивыгоднейшего накопления энергии на Земле.
Изучив «Капитал» К. Маркса, историю экономических учений,
сравнив энергетические возможности основных исторических форм
общественного производства, он попытался с естественнонаучной
точки зрения обосновать социалистический способ производства как
наиболее эффективно накапливающий превратимую энергию и обеспечивающий общую безопасность человечества. В будущем социалистическом обществе, считал Подолинский, всякое усовершенствование
будет иметь следствием сокращение рабочего времени и увеличение
свободного времени для повышения уровня культуры и образования
всех трудящихся. Рациональная общественная гигиена и возможность
для каждого обеспечить личную гигиену в соответствии с указаниями науки, быстро поднимут жизнеспособность и производительность
труда на более высокий уровень. Социализм обеспечит энергетическую и общую безопасность населения, особенно для пожилых людей,
больных и инвалидов. Преподавание будет вестись для всех без исключения, и развитие всеобщего образования повлечет за собой не только
увеличение производительности социального организма, но и послужит
превентивной мерой против возможных попыток меньшинства реставрировать старый строй. Такие мысли он изложил в статье, опубликованной на итальянском языке в 1881 г.
455
Во второй половине 70-х годов XIX в. Подолинский отходит от
марксовой точки зрения на классовую борьбу как на двигатель социального развития и приходит к принципиально иному пониманию движущей силы эволюции общества. На это указывают письма П.Л. Лаврова
Г.А. Лопатину от 12 марта и 16 апреля 1878 г. По свидетельству П.Л. Лаврова Подолинский теперь считает, что для утверждения социалистического сознания требуются несколько поколений развития мысли, и что
если победа социализма потребует гибели нескольких сот человек, то
лучше обождать и готовить его торжество мирным путем. Двигателем
прогресса, по Подолинскому, становится не борьба классов (разрушение
созданного трудом), а положительная трудовая деятельность культурных людей, направленная на накопление превратимой части солнечной
энергии (созидание нового) для удовлетворения растущих потребностей
общества. Для процесса созидания характерны сотрудничество, солидарность, кооперация и взаимопомощь, а не революционная борьба. Это
было новое естественнонаучное обоснование будущего социалистического общества. Не исключено, что оно явилось одной из причин замалчивания трудов Подолинского в советское время.
При жизни Подолинского еще не было таких понятий как фотосинтез, автотрофы и гетеротрофы, биоценоз и биогеоценоз, биогеохимические циклы, экология и биосфера. Некоторые из этих понятий находились еще в стадии становления, другие возникнут только в ХХ веке,
благодаря трудам В.И. Вернадского, В.Н. Сукачева, В.В. Станчинского
и др. Вернадский раскрыл биогеохимические круговороты вещества
и энергии как основной способ существования биосферных систем.
Выявив и систематически изучив геохимические функции живого вещества, он показал возможность строго количественного выражения
того «генетического, векового и всегда закономерного соотношения и
взаимодействия живого и косного вещества», на которые на качественном уровне указал Докучаев. Сукачев создал общую биогеоценологию,
науку, смежную с биологией и биогеохимией, обнимающей живые и
косные компоненты биосферы. Новый уровень научного синтеза биосферных идей Тимофеев-Ресовский назвал «вернадскологией с сукачевским уклоном».
Современный глобальный экологический кризис. В последние
десятилетия этот кризис приобрел острый характер, но его «корни»
очень древние – это итог развития, длящегося десятки тысячелетий.
Благодаря скачку в развитии центральной нервной системы, переходу
от генетической памяти к культуре (внегенетической памяти, гораздо
более емкой и гибкой), человек обеспечил себе огромное возрастание
силы экспансии. Единственным ограничением для такой экспансии
456
остались физические параметры планеты. Очевидно, что эти процессы
имеют естественный предел, к которому мы, по-видимому, приблизились. Столкновение с таким пределом и порождает глобальные кризисы современности. Единственно возможный выход – перейти к развитию, основанному на учете физических и биологических основ жизни.
Овладение огнем, истребление лесов и их жителей, переход от
собирательства и охоты к скотоводству и земледелию, от сохи к плугу, создание искусственной ирригации, усовершенствование орудий
труда и оружия, использование ископаемого органического топлива
и развитие промышленности – все это одна линия усиливающегося
воздействия человечества на природу. Этими действиями, писал Подолинский, первоначальное равновесие, установившееся под влиянием борьбы за существование в энергийном обмене земной поверхности, было нарушено. Человек этим путем, продолжал Вернадский,
стал менять окружающий его живой мир и создавать для себя новую,
не бывшую никогда на планете, живую природу. Огромное значение
этого проявилось еще в другом – в том, что он избавился от голода
новым путем, лишь в слабой степени известным животным – сознательным, творческим обеспечением от голода и, следовательно, нашел
возможность неограниченного своего размножения. Сегодня к этому
добавились конкурентные отношения цивилизационных подсистем,
оказавшиеся едва ли главным источником неустойчивости современного человечества.
В статье (1880) Подолинский отмечал, что земледелие истощает
почву только тогда, когда оно ведется неблагоразумно, хищническим
образом. О хищнической эксплуатации природы писал Ф. Энгельс в
«Диалектике природы». М.М. Пришвин 18 июля 1937 г. записал в своем дневнике: «Было древнее равновесие края, которое поддерживали
скалы, лес, вода. Человек расстроил это равновесие и тягостный труд
соблюдать равновесие взял на себя».
Основателя генетического почвоведения В.В. Докучаева и его ученика В.И. Вернадского тревожило быстрое истощение невозобновляемых природных ресурсов. Докучаев спрашивал: «Хватит ли, наконец,
природных богатств настолько, чтобы рост их шел бы параллельно с
хотя бы мало-мальски значительным распространением благ цивилизации на массу человечества? Не предвидится ли, напротив, истощение в более или менее отдаленном будущем таких первостатейной
важности для цивилизации предметов, как каменный уголь, нефть или
железо? Не придется ли тогда снова взяться за земледелие тому пролетариату, который кормится теперь на заводах и фабриках? Можно
ли доказать исторически, вполне точно, что число рабов природы и об457
щественного строя уменьшилось за последние полтора столетия, хотя
бы на полпроцента? Напротив, не возросла ли эта грозная величина от
новой, современной нам, может быть самой злой – капитализма, экономической и промышленной кабалы?».
В работе «Макрокосм и микрокосм» П.А. Флоренский высказал
свои мысли о современной цивилизации: «Трижды преступна хищническая цивилизация, не ведающая ни жалости, ни любви к твари, но
ищущая от твари лишь своей корысти, движимая не желанием помочь
природе проявить сокрытую в ней культуру, но навязывающая насильственно и условно внешние формы и внешние цели. Но, тем не менее,
и сквозь кору наложений на природу цивилизации все же просвечивает, что природа – не безразличная среди технического произвола, хотя
до времени она и терпит произвол, а живое подобие человека. С какой
стороны ни подходим мы к вопросу о соотношении Человека и Среды, мы всегда усматриваем, что, насилуя Среду, Человек насилует себя
и, принося в жертву своей корысти Природу, приносит себя самого в
жертву стихиям, движимым его страстьми. Это необходимо, ибо Человек и Природа взаимно подобны и внутренне едины».
В 1968 г. Н.В. Тимофеев-Ресовский в сборнике научных трудов
Обнинского отделения Географического общества СССР опубликовал
статью «Биосфера и человечество», в которой писал, что эта проблема –
проблема номер один, причем проблема, требующая срочного решения.
К сожалению, отмечал он, проблема эта большинством людей еще недостаточно осознана. Термин «окружающая среда» стал заменять понятия
природы и биосферы. С углублением конфликта между биосферой и технически вооруженным человечеством наступил кризисный этап в эволюции биосферы. В результате сокращения генофонда живого вещества,
загрязнения Мирового океана, кислотных дождей, эрозии почв, быстрого
роста пустынь, исчезновения лесов, озоновых дыр, потери биоразнообразия и тому подобных явлений появилась глобальная экологическая
проблема. Это одновременно и кризис в развитии человечества: геноцид
тоталитарных режимов, войны, СПИД, рост генетических и психических
заболеваний, распространение наркомании.
Культурная эволюция защитила людей от биологических перегрузок, которые устраняли слабых, медлительных и плохо соображающих
особей. Теперь применение техники, в том числе компьютерной, и современная медицина обесценили прежние, наследовавшиеся людьми
преимущества, связанные с мощным телосложением, интеллектуальными способностями, остротой зрения. Физически несовершенные
люди, ранее умиравшие, теперь выживают и дают потомство, передавая будущим поколениям свои генетические дефекты.
458
Еще более тревожная ситуация с духовным здоровьем. Распространение «массовой культуры» и индустрии развлечений снижают
уровень духовности, нравственности и интеллектуального потенциала
людей, готовя «материал» для обработки социальными, политическими, выборными и иными технологиями «промывки мозгов».
В наше время научная мысль и живой человеческий труд омертвляются в колоссальной массе вооружений, ядерного, химического и
биологического оружия. Подобные процессы Подолинский называл
отрицательным трудом, ведущим к расхищению энергии, находящейся в распоряжении человечества. До сих пор бытует отношение к биосфере лишь как к кладовой природных ресурсов и убеждение в том, что
требуется только их «рациональное использование». До сих пор преобладает технократическая иллюзия, что все проблемы охраны природы могут быть решены при помощи совершенствования технологий.
Человечество должно перейти к новой стратегии взаимодействия с
биосферой, суть которой – познание и раскрытие ее потенциальных
возможностей. Предметом анализа Римского клуба, основанного
А. Печеи, являются, в частности, взаимосвязанные и взаимозависимые
проблемы энергетики и экологии, демографии и роста городов, перспективы мирового экономического развития.
Исследования зафиксировали реальность физических пределов
роста мировой экономической системы сравнительно с ограниченной
«производительностью» биосферы, тенденцией к насыщаемости ее
«емкости» (работы В.Г. Горшкова, В.И. Данилова-Данильяна, В.А. Коптюга, Н.Н. Моисеева, А.Л. Яншина, доклад Комиссии Г.Х. Брунтланд,
материалы Международных конференций по охране природы: Стокгольм, 1972, Рио-де-Жанейро, 1992 и др.). Например, В.Г. Горшков
показал, что переход к безотходным технологиям практически не изменит ситуацию. Этот переход приведет лишь к ликвидации явных
локальных загрязнений. Заменить естественную биоту техносферой,
работающей, как и биота, на базе возобновляемой солнечной энергии,
невозможно: информационные потоки в биоте на 15 порядков превосходят реально достижимые максимальные информационные потоки в
техносфере. Реальный выход из положения состоит в восстановлении
естественной биоты в объеме, необходимом для подержания устойчивости окружающей среды в глобальных масштабах. Это требует сокращения объема хозяйственной деятельности и связанного с ней потребления энергии на планете в целом.
Переход к устойчивому развитию требует радикальных перемен
во всех сферах жизнедеятельности человеческой цивилизации (экологической, социо-медицинской и социо-гуманитарной). В обеспечение
459
устойчивости развития ведущая роль будет принадлежать культуре,
этике, воспитанию и образованию. Необходимо культурное, этническое
и конфессиональное разнообразие, но при условии диалога культур и
конфессий. Такое развитие будет несовместимо с антропоцентризмом,
с «покорением природы», с неконтролируемым демографическим процессом, с антиэкологическим хозяйствованием.
Для своего выживания человечество должно так изменить цивилизацию, чтобы прекратилась антропогенная деградация биосферы.
Разум человека должен не только изобретать новые технологии, но и
осознавать последствия своих действий и их оценки. В истории общественного сознания следует считать событием огромной важности, что
наиболее доступный и близкий нам факт – явление жизни – Подолинский сделал предметом изучения и предметом космической категории,
а из объекта природы (источника солнечной энергии) – предметом
культуры и хозяйственной деятельности цивилизации. Он включил
человечество в естественноисторический процесс развития на нашей
планете и показал, что история человеческой цивилизации подчиняется тем же законам природы, что и история органической жизни.
Творчество Подолинского проникнуто верой в силу человеческого разума и гуманизма. Его мысли были направлены на синтез знаний
о природе и человеке, единство мира. В его творчестве переплелись две
тенденции развития науки: космизация научного знания и синтез естественных и гуманитарных наук. Он был одним из пророков планетарного мышления, внес существенный вклад в становление биосферного мировоззрения и экологического мышления.
Вернадский во время заграничной научной командировки во
Францию записал в своем дневнике 3 июля 1923 г.: «Очень любопытен
Подолинский. Он меня давно интересует. Его энергетическая постановка, не понятая Марксом и Энгельсом, во многом новая. Он – один
из предшественников и новаторов». В 1924 г. Вернадский посылает из
Франции свою «Геохимию» (первое издание на французском языке)
в Академию наук Украины и 18 октября пишет А.Е. Крымскому: «На
с. 334–335 Вы найдете известия об украинце Подолинском, как видно,
забытом научном новаторе. К сожалению, я не знаю, когда он умер, может Вы знаете?». На этих страницах «Геохимии» Вернадский ставит
имя Подолинского в один ряд с именами основателей термодинамики
Р. Майера, В. Томсона (лорда Кельвина), Г. Гельмгольца.
Подолинский, Докучаев, Тимирязев, Умов, Вернадский установили сущность процесса обмена веществ между природой и человечеством. Но в историческом развитии человечества изменяется и Личность.
Как именно можно определить изменение человеческой Личности?
460
Только превращением работы в творческий труд, направленный на
совершенствование орудий производства, на это неоднократно указывал Подолинский. Именно в акте трудового творчества человек преобразует природу и самого себя. Акт творчества и есть акт сотворения
будущего. По ходу истории, рост производительности труда осуществляется не за счет роста денежной массы («крашеной бумаги»), а за
счет роста энерговооруженности труда; за счет роста кпд научно-технических средств; за счет роста социального кпд, который показывает
ту часть выпуска товаров, которая превратилась в удовлетворяемую
потребность.
Когда мы сегодня говорим, что для достижения тех или иных целей (осуществления каких-то проектов) у нас нет денег, то это означает
лишь то, что у нас нет для этого требуемых мощностей, материальных
ресурсов, технических средств, специалистов или необходимого времени. Имея лишь деньги, нельзя изготовить ни хлеба, ни обуви, ни
орудий труда. Для получения 1 т алюминия необходимы 20000 квт-час
электроэнергии, но 1 т алюминия нельзя получить, имея и тонну денежных знаков. Только срубив последнее дерево, отравив последнюю
реку, поймав последнюю рыбу, Вы поймете, что нельзя есть деньги
(одно из пророчеств индейцев Кри).
В одном из докладов Римскому клубу сказано: «Считается возможной замена потребляющего энергию и теряющего почву сельского
хозяйства земледелием, производящим энергию и воссоздающим почву. В этой второй сельскохозяйственной революции победит тот, кто
прекратит войну против земли и восстановит дипломатические отношения между мудростью природы и человеческим разумом, может, по
крайней мере, досыта накормить наших потомков».
ГЛОБАЛИЗАЦИЯ КАК РЕЗУЛЬТАТ
СОЦИОПРИРОДНОГО РАЗВИТИЯ
А.Н. Чумаков, д.ф.н., профессор
Финансовый университет при Правительстве РФ,
Российское философское общество, Москва
Исследование современных биосферных процессов с необходимостью предполагает правильное понимание глобализации, сущность
которой кроется в системе отношений природы и общества, где социальный фактор является доминирующим. Отсюда для обнаружения
фундаментальных истоков глобализации и адекватного ее понимания
важно проследить наиболее важные этапы развития природы и общества и посмотреть на исторические события в целом крупным планом.
461
В этой связи отметим, что крупномасштабно исторический процесс
представляют обычно как последовательную смену следующих состояний общества: дикость – варварство – цивилизация. Однако для
решения нашей задачи такой подход не будет эффективным, так как
в этом случае основное внимание фиксируется на качественных параметрах общественного развития, т.е. на статике социального организма,
и практически не учитывается динамика его изменений, что для понимания сути процессов глобализации имеет принципиальное значение.
Этимологически термин «глобализация» связан с масштабом всей
планеты в целом, а, следовательно, проследить достижение этого предельного, с точки зрения территориального охвата, состояния общественного организма можно посредством анализа процесса географического расширения социальной жизни с момента ее зарождения.
Таким образом, если в качестве основания деления всей истории
человечества на определенные стадии взять масштаб происходивших
событий, то можно выделить четыре основные эпохи, которые сопутствуют историческому развитию с момента возникновения общества до
обозримого будущего.
1. Эпоха фрагментарных событий и локальных социальных связей,
отсчет которой можно вести с момента появления человека 5–3 млн лет
тому назад и до завершения неолитической революции, т.е. до возникновения и формирования первых государств около 7–3 тыс. лет до н.э.
2. Эпоха региональных событий и территориально ограниченных
международных отношений. Она длится от завершения неолитической революции, когда уже сформировались и окрепли государства (7–
3 тыс. лет до н.э.), до начала эпохи Великих географических открытий,
т.е. до эпохи Возрождения.
3. Эпоха глобальных событий и всеобщей экономической и социально-политической зависимости, продолжавшаяся от эпохи Великих географических открытий до середины ХХ в., когда мир стал по существу
целостным в географическом, экономическом, политическом и экологическом отношениях.
4. Эпоха космической экспансии и космических конфликтов. Ее начало совпадает с запуском в 1957 г. первого искусственного спутника
Земли, а продолжение уходит, как минимум, в обозримое будущее.
Переход от одной эпохи к другой каждый раз сопровождался расширением масштаба, территориальных пределов, в рамках которых
происходящие события сохраняли свою целостность, обнаруживали, в
конечном счете, общую тенденцию и определенную логику развития.
Указанную градацию социального развития можно проиллюстрировать, в частности, на примере военных конфликтов, масштабы и
462
характер которых всегда были непосредственно связаны с территориальной экспансией и зависели от технической оснащенности общества.
Так, на ранних этапах истории, когда общественное развитие носило
фрагментарный характер, т.е. общественные структуры и соответствующие им связи развивались локально, военные столкновения были
также частными и локальными. Этому же соответствовали и ограниченные возможности в средствах передвижения, и примитивность
технического вооружения. Первой региональной войной в истории
человечества следует признать лишь завоевательные походы Александра Македонского, которые охватили сразу три континента: Ближнюю
и Среднюю Азию, вплоть до Индии, а также часть Европы и Африки.
Последней же региональной войной, несомненно, были наполеоновские военные походы и баталии, развернувшиеся тогда практически по
всей Европе и частично в Африке, и где помимо обычного вооружения
уже широко применялась артиллерия.
Первая мировая война, в которой были задействованы уже практически все современные виды оружия, за исключением ракетного и
ядерного, открыла эпоху глобальных войн, ряд которых достаточно
быстро пополнился Второй мировой и «холодной» войнами. Следующий более высокий уровень конфликтов, на пороге которого человечество уже стоит, будет космический. При этом если мировая цивилизация достигнет достаточно высокой степени развития и сможет
предотвращать военные столкновения между различными народами,
космические войны не обязательно будут сопровождаться боевыми
действиями. Но противоречия и конфликты такого масштаба с необходимостью будут, как ведутся, например, сегодня торговые, дипломатические, информационные или политические войны, без применения
военной силы. При этом следует заметить, что каждый новый уровень
проблем вовсе не отменяет автоматически тех, которые были раньше,
т.е. более низкого уровня, а лишь наслаивается на них, зачастую резонируя с ними, нередко обостряя, усиливая их своим влиянием.
Рассмотренный подход к градации исторического процесса позволяет увидеть очень важный, но, тем не менее, лишь один аспект глобализации – территориальный или географический. Вместе с тем, уже
на ранних этапах человеческой истории зарождались и другие процессы, обусловившие в дальнейшем становление универсальных связей и
формирование единого человечества, которые проявились в экономике, культуре, теоретическом знании, религии. Все вместе, во всей своей
совокупности они являются важнейшей характеристикой общественного состояния, претерпевшего в истории несколько фундаментальных трансформаций. Эти социальные трансформации сродни тому,
463
что в современной исторической литературе принято теперь называть
«осевым временем».
Понятие «осевого времени», введенное К. Ясперсом для обозначения «решительных поворотов в потоке событий», относилось к вполне
определенному периоду времени. Оно было применено им к характеристике мировой истории на рубеже между 800 и 200 гг. до н.э., когда
практически одновременно в трех различных, практически не взаимосвязанных друг с другом регионах планеты – в Европе, Индии и Китае,
назрели и произошли кардинальные перемены «в области духовных
основ человечества». По существу Ясперс говорит о «взрыве человеческого духа», когда зарождается понимание всеобщности, называя
время, когда это происходит, «осевым», поворотным от одного качественного состояния общества к другому.
Однако в последнее время, в связи с ростом интереса к глобальной
истории, указанный термин получил дополнительное обоснование и
широкое распространение, в том числе для обозначения и других поворотных пунктов в мировой истории. Учитывая определенную условность любой схематизации и периодизации (на что уже указывалось
выше), а также преследуя цель выявить динамику и основные этапы
осмысления исторического процесса, развивающегося в направлении
становления глобальной целостности мирового сообщества, вполне
оправданным было бы применить понятие «осевого времени» не только к тому периоду, о котором говорит К. Ясперс, и в который важнейшим достижением стало окончательное формирование и выделение
философии, как третьей исторической формы мировоззрения, но и к
тем поворотным пунктам в истории человечества, когда происходило
выделение и других форм мировоззрения (религиозного, мифологического, научного, глобального).
Таким образом, если в качестве основания выделения различных
исторических эпох взять наиболее важные этапы становления мировоззрения человека, а точнее – его основные исторические формы: мифологическое и религиозное (хронологически они появились примерно
в одно и то же время), философское, научное и глобальное, то в истории
человечества можно выделить (указать), как минимум, четыре довольно отчетливо просматривающихся в настоящее время поворотных
пункта, к которым вполне применимо понятие «осевое время». Пятый
гипотетический поворотный пункт будет связан с повышением интереса к человеку, и его можно назвать гуманистической революцией,
которой еще предстоит свершиться.
Первый из них связан с появлением человека разумного (homo
sapiens), т.е. с началом формирования религиозного и мифологического
464
мировоззрения. Это время охватывает период в пределах от 40–60 тыс.
лет тому назад до неолитической революции включительно (8–10 тыс.
лет тому назад). В этот период своего развития человек окончательно
выделился из животного состояния, и отличительной его особенностью стало наличие у него зачатков материальной и духовной культуры
(орудия труда, танцы, песни, наскальные рисунки, вербальное общение и т.п.).
Второй характеризуется формированием и выделением в середине первого тысячелетия до н.э. философии как особой исторической
формы мировоззрения. В это время появился термин «культура», позволивший описать и оттенить плоды человеческой деятельности на
фоне «дикой» природы.
Третий оказывается непосредственно связанным с выделением
науки из философии и началом научно-технического прогресса в период с ХV в. по XVIII в. включительно. В это время появился термин
«цивилизация», расширивший возможности языка описывать усложнившуюся социальную действительность с точки зрения ее структуры,
организационных форм и научно-технических достижений.
Наконец, четвертый поворотный пункт мы переживаем сейчас, и
связан он с процессом формирования глобального сознания, начало
которого хотя и уходит в XIX век, но наиболее отчетливо обнаруживается только со второй половины ХХ в. В это время появился термин
«глобализация», первый в ряду тех, которые еще во множестве появятся для описания процессов и состояний человеческого сообщества как
единого целого.
В пятом, гипотетическом «осевом времени», а возможно и в еще
более отдаленной перспективе, должен будет произойти кардинальный поворот к осознанию сущности человека, а основным понятием
тогда, по всей видимости, станет термин «гуманизация» общественного и индивидуального сознания.
Здесь следует заметить, что появление определенных тенденций,
реальных перемен в мировой истории и их «открытие» (осмысление),
как правило, и даже с необходимостью разнятся во времени. И это
вполне объяснимо. Такие изменения должны вызреть, сформироваться и стать объективным фактором влияния на жизнь людей, чтобы те
не только обратили на них внимание, но и придали им серьезное значение. Сказанное сродни тому, как, например, капиталистические отношения долго и основательно вызревали, прежде чем стали предметом
широкого обсуждения и нашли отражение в соответствующих теориях. Суть такого «запаздывающего» осмысления можно объяснить «эффектом позднего восприятия», когда на произошедшие события или
465
разворачивающиеся процессы обращают внимание лишь тогда, когда
они становятся очевидными и проигнорировать их уже нельзя (Чумаков, 2011). С учетом данного замечания, отметим, что первое «осевое
время» хотя и заложило основы формирования культуры как целостного социального явления (а элементарные зачатки ее можно обнаружить еще раньше, уже у человека умелого), тем не менее, еще не сформировало необходимых условий для того, чтобы данное явление было
понято. Осмысление же феномена культуры, как и появление самого
термина «культура» относится ко времени уже «второй оси». Именно
тогда, наряду с поворотом сознания к тому, что стали обозначать понятием «культура», получили дополнительный импульс процессы, лежащие в основе цивилизационных связей и отношений, начало которым
задала неолитическая революция и которые позже – в третье «осевое
время», обусловили появление нового термина «цивилизация». В то же
время, «третья ось» стала началом реальной глобализации общественных отношений, что, однако, тогда также не привлекало специального внимания, ибо до определенного времени не являлось очевидным.
Наконец, кардинальное осмысление того, что есть «глобализация» и
окончательное «открытие» глобальных проблем и породивших их
процессов приходится на четвертое «осевое время», т.е. на последнюю
четверть ХХ столетия, когда указанные процессы наконец-то окончательно развились, вызрели и проявились с достаточной очевидностью
(Универсальный…, 2007).
Логично предположить, что в настоящее время также происходит
формирование пока еще не очевидных фундаментальных процессов
как в социуме, так и в системе «общество–природа», которые с необходимостью проявятся по прошествии определенного времени и станут играть ключевую роль в жизни человека, затронув, быть может, не
только систему общественных отношений, но и его связи с биосферой,
геосферой, а, возможно, и с космосом.
Литература
Универсальный эволюционизм и глобальные проблемы / Отв. ред. Е.А. Мамчур,
В.В. Казютинский,. М.: ИФ РАН, 2007. 253 с.
Чумаков А.Н. Глобализация. Контуры целостного мира. М.: Проспект, 2011.
С. 20–32.
466
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ
ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ
А.В. Шевчук,д.э.н.
Совет по изучению производительных сил Минэкономразвития России и РАН,
Ю.А. Никитина, аспирантка
Московский государственный институт международных отношений МИД
России
Создание и формирование различных инструментов и механизмов государственного регулирования в области охраны природы
было тесно связано с осуществляемыми перестроечными процессами
в политической и экономической сферах Российской Федерации в
1986–1991 гг.
Созданная в эти годы при