Зеркало ландшафта - Карпачевский Лев Оскарович. Страница 2

Геометрия родилась из потребности древних земледельцев измерять участки земли, создавать оросительные каналы.

Наши далекие предки постепенно осваивали под сельскохозяйственные культуры новые территории. При этом наиболее удобными оказывались земли, занятые лесостепями и широколиственными лесами. Лесные участки выжигали. На удобренной древесной золой земле получали несколько лет хорошие урожаи. Когда же урожаи падали, почву забрасывали в залежь и выжигали новый участок. Эта система получила в современной науке название подсечной. Она была приемлема, пока было много свободных земель. Но постепенно земель оставалось все меньше, и поэтому одни и те же поля обрабатывались постоянно.

* * *

Человечество быстро осознало свою зависимость от земли. Сознание это отразилось в мифах и легендах всех народов. Философы древности в своем стремлении понять окружающий их мир считали землю (почву) наряду с воздухом, водой и огнем одним из начал, элементов мироздания. Эти четыре «начала» были определены греческим философом Эмпедоклом в V веке до нашей эры. В индийской же философии — в Ведах эти четыре элемента окружающего мира упоминаются древним философом Уддалаки еще в X веке до нашей эры.

Перечисленные элементы составляют неживую, так называемую абиотическую, часть окружающей нас природы. Вместе с живыми организмами: микробами, растениями, животными — они образуют биологическую сферу (биосферу) Земли. И почва — один из главных компонентов биосферы.

Четыре «начала мира» изучаются человечеством очень давно. Вода, пожалуй, была первым элементом, с которого началось изучение природы. Уже в III веке до нашей эры Архимед заложил начало гидродинамики. Воздух начали изучать лишь в XVII веке. «Торричеллиева пустота», законы Паскаля и опыт Герике (знаменитые магдебургские полушария, которые, когда из них откачали воздух, не могли разнять шестнадцать лошадей) положили начало законам аэродинамики. В том же XVII веке Ньютон положил начало изучению «огня» (энергия, сила, свет — все это в равной степени подходит под понятие «огня» древних греков).

Лукреций еще во II веке до нашей эры написал: «...все зачинает земля, дождевой орошенная влагой». Лукреций же первый описал очень важное свойство почвы — поглощать, задерживать соли: «...станет морская вода, когда просочится сквозь почву, пресною...» Однако в античное время и вплоть до XIX века почву не изучали. Ученых и практиков интересовали в основном приемы ведения сельского хозяйства, и в сводке агрономических правил упоминались лишь отдельные свойства почвы, которые надо было учитывать земледельцу.

В XV—XVI веках алхимики в поисках «философского камня» выполняли черновую работу накопления первичных фактов, необходимых для построения научных теорий. Опыт одного из них, голландца Ван Гельмонта, сыграл важную роль в истории естествознания. В 1629 году Ван Гельмонт посадил в кадку, наполненную ста килограммами почвы, ветку ивы, весящую два килограмма. Через пять лет он взвесил почву, выросшее дерево и установил, что почва потеряла всего семьдесят граммов, а вес ивы возрос с двух до шестидесяти шести килограммов. Ван Гельмонт сделал вывод, что главное в питании растения — вода. В 1699 году англичанин Вудворт опроверг Ван Гельмонта, показав, что масса мяты, выращенной в дождевой воде, достигает за семьдесят семь дней семнадцати гранов, а в водопроводной воде Гайд-парка — ста тридцати девяти гранов. С прибавкой же к воде почвы урожай мяты достиг двухсот восьмидесяти четырех гранов. Но опыт Вудворта долго оставался неизвестным, и заблуждение Ван Гельмонта господствовало в науке до конца XVIII века.

И вот в конце XVIII — начале XIX века работами англичанина Пристли, голландца Ингенгауза и швейцарца Соссюра была установлена роль углекислого газа в росте растений. Был открыт фотосинтез — синтез растениями углеводов из углекислого газа и воды на свету. Интересно и поучительно проследить ход открытия фотосинтеза и то, как, казалось бы, ясная истина ускользает от весьма искушенных в науке людей. Пристли установил, что мыши, помещенные под стеклянный колпак, через непродолжительное время задыхаются и погибают. Но, если внести под колпак зеленое растение, они остаются живы. Другой знаменитый английский ученый, Шееле, повторил этот опыт, но в темноте. Мыши погибли.

Из тупика вывел Ян Ингенгауз. Он установил, что зеленое растение «улучшает» воздух только на свету (к слову сказать, это открытие не принесло ему признательности со стороны Пристли — тот стал его личным врагом и своим авторитетом немало способствовал непризнанию заслуг Ингенгауза).

Открытие фотосинтеза заложило первый камень в теорию биосферы. Пристли отметил, что животные и растения не могут существовать изолированно. Все они выполняют свою роль в жизни биосферы: растения синтезируют органическое вещество, а животные и микроорганизмы превращают его в другие вещественные формы.

Если значение воздуха в питании растений было установлено к началу XIX века, то роль почвы в этом процессе еще долго была не ясна. Те семьдесят граммов почвенной массы, которые в опыте Ван Гельмонта были «потеряны» при выращивании ивы, надолго ускользнули от внимания ученых. Им не придали значения, так как сочли очевидным, что основная масса растения создается при усвоении им углекислого газа воздуха и воды из почвы.

История науки содержит немало примеров, когда «очевидное» оказывалось «невероятным», а «невероятное» становилось «очевидным».

В начале XIX века ученые и среди них знаменитый французский агрохимик и физиолог Ж. Буссенго установили, что кроме углекислого газа растениям необходим азот. Было показано, что это вещество растения берут из почвы. Буссенго первым применил водные растворы, содержащие минеральные вещества, для выращивания растений и доказал, что растения нуждаются в азоте. Из этого опыта, казалось бы, следовал очевидный вывод: растение из почвы забирает питательные вещества, такие, как азот, калий, фосфор, и от их наличия зависит урожай.

Но земледельцам и ученым-агрономам была знакома другая «очевидность», тоже, казалось бы, подтвержденная многовековым опытом ведения сельского хозяйства. Как правило, растения лучше растут на почвах с высоким содержанием перегноя, или гумуса. Например, на черноземах, самых богатых гумусом почвах, урожай без внесения минеральных удобрений выше, чем на любых других почвах. Внесение органических удобрений, и в частности навоза, заметно увеличивает урожай. Но так как и навоз, и почвенный гумус содержат азот, то был сделан вывод: растения питаются почвенным гумусом. Такая теория была выдвинута в конце XVIII — начале XIX века немецким ученым А. Д. Тэером. Она так и называется: гумусная теория питания растений.

Тэер считал, что растения используют «гумусную слизь» и из органического вещества гумуса строят свое тело и берут все другие элементы. Поэтому Тэер предлагал перестроить систему земледелия на основе поддержания содержания гумуса в почве на постоянном уровне. Решение этой проблемы Тэер видел в «плодосмене», в чередовании сельскохозяйственных культур с разными корневыми системами. Введение плодосмена — большая заслуга Тэера.

Буссенго установил, что клевер улучшает почву, накапливая в ней азот, и в этом он видел успех плодосмена: накопившийся азот повышал урожай следующей после клевера культуры. Но потребовались огромные усилия еще одного химика — немецкого ученого Юстуса Либиха, чтобы доказать роль именно минерального питания растений. В результате открытий Буссенго и Либиха была создана наука агрохимия, и оба этих ученых считаются ее основателями.

Чтобы получить урожай, чтобы заставить растение «работать», надо его «накормить». Либих установил, что в почву необходимо вернуть те минеральные вещества, которые увезены с поля вместе с урожаем. Этот закон «возврата» и сейчас используют агрономы, планируя урожай и рассчитывая, сколько удобрений необходимо внести в почву. Либих установил также, что урожай часто зависит от того питательного элемента, который находится в минимуме.