52. Соль биосферы Земли
Лимитирующий фактор жизни
Начало: (43), (44), (45), (46), (47), (48), (49), (50), (51)
10. Жизнь без почвы: экологический парадокс
дождевого тропического леса
Экосистема современных дождевых тропических лесов имеет сравнительно недавнее по геологическим меркам (третичное) происхождение. Однако задолго до их появления (и на протяжении многих геологических эпох и периодов) на Земле в подобных эколого-климатических условиях (и, стало быть, на той же гидропонной основе) существовали лесные формации из высших споровых растений - плаунов, хвощей и папоротников. Они появились впервые около 350 млн. лет назад в позднем девоне, вслед за уходом с эволюционной сцены первичной для континентов (если говорить о высших сосудистых растениях) низкорослой риниофитной флоры. С тех пор на долгие времена установилось господство высоких многолетних деревьев.
Ключ к пониманию причины столь раннего появления и столь длительного доминирования в биосфере древесных формаций следует искать в самом начале освоения суши высшими растениями. В условиях высокой температуры и влажности, которыми характеризовалось это время, нарастание растительной биомассы риниофитов (Rhyniophyta), которые образовывали, по данным палеоботаники, довольно густые заросли, сопровождалось противоположным процессом - её интенсивным разложением. Вследствие этого поверхностные воды стали насыщаться углекислым газом и органическими кислотами и, следовательно, становиться всё более кислыми. В кислой же среде биогенные элементы легко растворяются и переходят в крайне подвижное (в геохимическом отношении) состояние. Происходит их выщелачивание и вынос за пределы растительной формации и, как следствие, - минеральное голодание растений. Выходит, что интенсивно развивающаяся растительность сама ухудшает условия своего существования. Это парадоксальное противоречие между фотосинтезом и минеральным питанием, надо полагать, и определило решительным образом новый курс на дальнейшую эволюцию биосферы. Оно стимулировало развитие лесных формаций, представленных вначале многолетними споровыми формами (плауны, хвощи, папоротники), которые появились уже в середине девона, а затем - голосеменными и, наконец, покрытосеменными деревьями.
Необходимые для жизни минеральные вещества стали захватываться из раствора корнями и аккумулироваться теперь непосредственно в растительной биомассе лесов (в направлении, противоположном действию гравитационного поля, то есть против силы тяжести), что препятствовало их вымыванию и выносу за пределы экосистемы. В условиях естественной гидропоники, которыми характеризуются влажные тропики, стало биологически выгодно держать резервы минеральной пище «не в ногах, а над головой», то есть непосредственно в приподнятой над землёй растительной биомассе. В таком законсервированном и биологически связанном состоянии минеральным элементам уже не грозит потеря от вымывания, и они могут экономно расходоваться на различные жизненные нужды.
Биологический круговорот, отличающийся в дождевом тропическом лесу чрезвычайно высокой скоростью и эффективностью, становится ещё и максимально замкнутым. Лишь через десятки и даже сотни лет после завершения своего жизненного цикла конкретные деревья пойдут на полную биологическую переработку.
Экологическая тенденция «жизнь без почвы» зашла в своём развитии столь далеко, что её наиболее существенные признаки сохранились с появлением и широким распространением в умеренной зоне голосеменных растений, начиная с конца палеозоя. Основная древесная порода в нынешней таёжной зоне - ель (Picea) - сохранила поверхностный тип корневой системы, охватывающей тонкий, чаще всего 30-сантиметровый слой грунта. Главная функциональная задача корней ели состоит в незамедлительном отсасывании своей горизонтально разветвленной сетью питательного раствора, образующегося в результате разложения лесного опада, пока его не вымыло за пределы корневой системы. С этой задачей ель, судя по тому, как благоденствуют таёжные леса (пока их не коснулся человек), успешно справляется. И, стало быть, лесные подзолы (также очень бедные, с точки зрения почвоведения и геохимии) обязаны своей «бедностью» скорее всего не столько процессу вымывания биогенных элементов в кислой почвенной среде, сколько энергичному их перехвату мощными таёжными деревьями.
Итак, с утверждением господства зональных лесных формаций (прежде всего, влажных тропических) в биосфере появились специфические, автономные по своему характеру поля, или банки плодородия, содержание которых приподнято над землёй и заключено в растительной биомассе лесов.
Как известно, в основу концепции генетического почвоведения были положены широкие полевые исследования степных чернозёмных почв, предпринятые В.В. Докучаевым во второй половине 19-го столетия. В русском чернозёме создатель учения увидел «в высшей степени типичную почву», которую можно рассматривать как некий эталон для классификации всех существующих на Земле почв. «Поступая таким образом, я только следую методу, которого держится петрограф, когда определяет неизвестную ему породу; как он при этом всегда стремится иметь в своём распоряжении по возможности не изменённый, не выветрелый кусок породы, так и мы для решения поставленного вопроса должны обладать такими почвами, которые являлись бы перед нами в своем нормальном первоначальном виде. А кто же станет отрицать, что изучать и определять что-либо по типу всегда лучше, проще и надежнее». Мое замечание: такое заключение справедливо только по отношению к какому-либо определенному виду породы. Результаты, полученные (даже «по типу») на породе одного вида нельзя распространять на породу другого вида.
После классических трудов В.В. Докучаева научная мысль вошла, как мне кажется, в некое русло, в некую методологическую колею, определяющую её направление до сего времени. Под влиянием этого обстоятельства сложилась тенденция смотреть на живую природу, на биосферу через призму почвообразовательного процесса. Невольно стало складываться представление о том, что прогресс высокоразвитой жизни на континентальной части Земли (со времени выхода её из океана) был напрямую связан с прогрессом в образовании почвенного покрова и даже явился его следствием.
Однако чернозёмные почвы, оказавшиеся в центре внимания В.В. Докучаева, стали появляться на Земле только в определённых (степных) географических и климатических условиях, к тому же сравнительно недавно - ориентировочно в середине кайнозоя. Большую часть в своей истории (а это многие сотни миллионов лет) покрытая мощными лесами континентальная часть биосферы благополучно обходилась без почвы (если с этим понятием связывать долгоживущие запасы складированного плодородия, возникающие и сохраняющиеся по месту их первичного образования на коре выветривания). Весьма важным (атрибутивным) признаком почвы (получившим наиболее полное обоснование в трудах В.Р. Вильямса) является её плодородие, которым, однако, не обладает твёрдый субстрат, служащий опорой для огромной биомассы лесов, в особенности влажных тропических. И, следовательно, стремление объяснить процессы, происходящие в дождевом тропическом лесу в категориях почвоведения беспочвенны, поскольку эта грандиозная по всем параметрам ландшафтная система в буквальном смысле не имеет под собой почвы.
Если посмотреть на биосферу, как говорится, с высоты птичьего полёта, то можно среди всего прочего увидеть то, что положено природой в саму ее суть. Первичным продуцентам органического вещества постоянно требуется определённый набор минеральных солей, поскольку минеральное питание - фундаментальная основа жизни. Что же касается способов накопления (аккумуляции), хранения и воспроизведения минеральных ресурсов, а также их использования в биосфере, то они могут иметь различную конфигурацию и различный генезис, в зависимости от конкретных исторических предпосылок. Но это будут уже более частные проблемы биосферы при всей их важности и сложности; это будут те или иные «технические решения» кардинальной задачи.
Континентальный почвенный покров с его высоким плодородием - безусловно, бесценное сокровище современной биосферы (особенно в контексте существования человеческой цивилизации), которое надо всячески сберегать и поддерживать. Однако в интересах научной истины следует все-таки признать, что чернозёмное эльдорадо - не самый главный фактор продуктивности даже нынешней биосферы. На первом месте в этом отношении стоят всё-таки (не имеющие под собой плодородного субстрата) леса, особенно влажные тропические. Центр биосферы переместился в своё время из Мирового океана на континентальную часть планеты именно благодаря лесным ландшафтам.