Живі організми - рослини і деякі види тварин -превращают самий верхній шар гірських порід в грунт. У той час як гірські породи, з яких грунт сталася, безплідні, грунту мають ряд властивостей, що роблять їх родючими. Родючість ґрунтів грало величезну роль у розвитку життя на Землі. Кожна рослина створює в своєму тілі органічні речовини з води, мінеральних речовин і атмосферного вуглекислого газу. Відмираючи, рослина розкладається, і органічні речовини, з яких воно складалося, переходять в ночву. Залишки незліченних рослинних поколінь, перероблені в процесі освіти грунту, з'єднувалися з продуктами вивітрювання гірських порід і створили в деяких місцях шар грунту товщиною до 3 л. Чим більше в грунті таких рослинних залишків, тим вище стає її родючість і тим успішніше на ній можуть виростати> численні рослини. У природних умовах родючість грунту безперервно зростає, Як відомо, рослини служать їжею для травоїдних тварин, яких в свою чергу поїдають хижаки. Так і виходить, що від родючості грунту в кінцевому рахунку залежить розвиток рослинного і тваринного світу. т. е. розвиток життя на Землі.
Використання людиною рослин і тварин безперервно зростає з тих пір, як виникло сільське господарство. Людині потрібна не тільки їжа. але і промислову сировину і будівельні матеріали. Людина зацікавлений в тому, щоб отримувати від сільського господарства більше рослинних і тваринних I продуктів, а тому зацікавлений і в підвищенні родючості грунту. Отже, дуже важливо знати, як створюється родючість грунту.
Коли людина почала займатися землеробством, стали накопичуватися одночасно і перші відомості про родючість грунтів. Отримуючи на різних грунтах неоднакові врожаї, хлібороб поступово учився розпізнавати їх. Назви грунтів давали за їх кольором: чорнозем, бура грунт. червонозем і т. д. Ці народні назви увійшли потім в наукову літературу.
Перша схематична грунтова карта була створена в 1421 року в Китаї - країні стародавньої землеробської культури. У Пекіні, в колишньому імператорському літньому саду (нині Парк імені Сун Ятсена). є майданчик розміром 6 × 6 м. У центрі майданчика насипана жовта лесових грунт, на північній частині майданчика - чорнозем, на південній - червонозем, на західній-світла пустельна грунт, на східній - блакитнувата грунт заболочених рисових полів. Грунти на майданчику насипані відповідно до розподілу грунтів на території Китаю.
У 1763 р великий російський вчений М. В. Ломоносов у праці «Про шарах земних» вперше показав, що різні грунту утворюються з гірських порід під впливом рослин. Працями видатних російських вчених В. В. Докучаєва, Н. М. Сибірцева, П. А. Костичева була створена в кінці XIX в. сучасна наука про грунті. Надалі грунтознавство розвивалося працями радянських вчених В. Р. Вільямса, К. К. Гедрен-ца, Д. Н. Прянишникова і їх учнів. Досягнення радянського грунтознавства отримали світове визнання.
Наука грунтознавство вивчає процеси утворення ґрунту і взаємодія рослині з грунтами. Ця наука вишукує також способи підвищувати родючість грунту.
Вища рослина зміцнюється в грунті кореневою системою і черпає з грунту необхідні для його життєдіяльності живильні речовини і вологу. У великій кількості рослина бере з грунту азот, калій, кальцій. фосфор, сірку, магній і залізо. В меншій кількості йому потрібні і багато інших елементів, що знаходяться в грунті, наприклад бор, марганець, алюміній, мідь. цинк; в грунтознавстві і в біології їх називають мікроелементами і, так як кожен з них міститься в тілі рослини в тисячних і навіть ще в менших частках відсотка. Для родючості грунту має значення не стільки загальна кількість кожного елемента в ній, скільки тип хімічних сполук цих елементів. Рослини легко засвоюють хімічні сполуки, розчинені у воді. Найважче засвоюються рослиною елементи, що входять до складу твердих частинок грунту. Коріння і микориза (див. Ст. «Симбіоз в рослинному світі») виділяють речовини, що розчиняють ці частинки. Деяка частина елементів входить в міцні з'єднання, п рослини не можуть їх засвоїти. Не може бути засвоєна рослинами і деяка частина вологи, що міститься в грунті: глинисті частинки. діаметр яких менше 0,01 мм, дуже міцно утримують вологу, особливо якщо в їх склад входять органічні речовини.
Деякі хімічні сполуки, якщо в грунті їх занадто багато, шкідливі для рослин. До таких сполук відносяться кислоти. солі соляної кислоти, лужні розчини, особливо сода. а також утворюються в заболочених грунтах сірководень і метан. Шкідливо діє на рослини і підвищена концентрація алюмінію і марганцю в грунтовому розчині.
Родючість грунту залежить не тільки від її хімічного складу, але і від структури, т. Е. Від розташування в ній окремих частинок. Грунт з сприятливим для рослин розташуванням частинок так і називають структурної. У ній дрібні частинки, з'єднуючись разом, утворюють пористі грудки, нещільно прилягають один до одного. Через проміжки між грудками проникають в грунт атмосферне повітря. тала і дощова вода. Усередині грудок - найтонші капілярні пори. які вбирають і утримують вологу, не даючи їй просочуватися в більш глибокі шари. Проміжки між грудками називають Порозов-н і с т ь ю або скважностью грунту. Якщо частинки, з яких складається грунт, не зливаються в грудки, її називають безструктурної.
У щільні гірські породи волога проникнути не може. Вона скочується по їх поверхні. Тому на них і не буває вищої рослинності. На їх поверхні здатні поселятися лише деякі бактерії і водорості, а слідом за ними і лишайники. Водорості та лишайники поступово роз'їдають гірську породу, перетворюючи її в землисту масу. Коли шар такої маси стане достатнім для утримання вологи, на ньому поселяються і ті з вищих рослин, які найменш вимогливі до ґрунтових умов, - зелені мохи, сосна. деякі трав'янисті рослини.
Цей процес образно описаний Д. Н. Маміна-Сибіряка в одному з його уральських розповідей: «Підйом по розсипах значно полегшується тим, що всі камені, точно навмисне, викладені різнокольоровими мохами і незвичайно красивими лишаями. Нога ступає іноді, як по м'якому килиму; в посуху лишаї Хрумтять і обсипаються під ногою, але після дощу камені здаються обтягнутими зміїною шкірою, такий же строкатою, вологою, холодної і слизькою. Мохи бувають здебільшого чудових сірих кольорів або зеленуваті з чорними плямами, червоними цятками і цілими візерунками, точно накресленими якийсь дуже майстерною рукою. Ця чисто північна рослинність гніздиться по камінню і повільно розкладає їх поверхню в дрібний пісок, який змивається дощем і зноситься вниз; снігами. Можна уявити собі ту мікроскопічно гігантську роботу, за допомогою якої виходить кожна жменя піску десь на дні гірської річки. Рослини тут допомагають атмосферним діячам і роз'їдають камені своїми корінцями. Дрібна зелена травичка обсипає утворився зі старих лишайників шар чорнозему точно мідної ярью або смарагдовою оправою; іноді з ущелини скелі весело гляне на вас рожевим або синім оком північний цветик, занесений сюди бозна звідки, іноді широко настовбурчуються широке листя або розповзуться по укосів і саден різні кам'янки і гірка гірська полин ».
Щільні гірські породи руйнуються не тільки живими організмами, але і вивітрюванням. Поступово масивна порода перетворюється в уламкових - в суміш уламків гірської породи і піску. Вона вже пориста і здатна поглинати і утримувати вологу. Можуть в неї проникнути і коріння рослин.
З поверхні уламкової породи вітер і вода зносять дрібні частинки, оголюючи більш глибокі шари щільних порід. А на них в свою чергу також діє процес руйнування. З розпушених порід вода забирає в річки і моря не тільки дрібні частинки. Вода просочується в розпушену породу і вимиває з неї розчинні хімічні сполуки. За багато тисячоліть на дні морів і океанів відкладається велика товща осадових порід. Горотворні процеси піднімають ці осадові породи над водною поверхнею, і вони знову піддаються вивітрюванню. Таке переміщення твердих і розчинених частинок називають великим геологічним кругообігом елементів.!
На великий геологічний кругообіг впливає рослинність. Вона поселяється на уламкової породі, закріплює її своїм корінням і поглинає з формується грунту розчинні елементи. Після відмирання рослин ці елементи повертаються в ґрунт. Залишки мертвих рослин руйнуються нижчими організмами; укладені в рослинних тканинах елементи звільняються у вигляді простих солей, легко засвоюваних іншими рослинами.
Основні положення про кругообіг елементів в природі і про його значення для освіти грунту були висловлені акад. В. І. Вернадським, а в подальшому розвинені акад. В. Р. Вільямсом. Зараз ця проблема розробляється головним чином радянськими вченими.
В освіті грунту відіграє роль і швидкість обігу хімічних елементів в біологічному кругообігу. У нижчих організмів тривалість життя коротка. Деякі бактерії. наприклад, живуть всього кілька діб. Тому звернення елементів в мікробіологічному круговороті йде з дуже великою швидкістю. У нижчих рослинних організмів немає кореневої системи, і їх вплив обмежений тонким поверхневим шаром грунту. Однорічні трав'янисті рослини живуть близько року, багаторічні - кілька років. Звернення елементів в них йде повільніше, ніж у нижчих організмів. Зате у трав'янистих рослин є коріння, і тому в біологічний кіл воріт вони втягують елементи з глибоких шарів грунту. Ще повільніше в круговороті звертаються елементи у дерев. Адже дерево живе десятки, сотні, а іноді і тисячі років. Але за рік воно створює значно більше органічної речовини, ніж трав'яниста рослинність на такій же площі, і коріння його втягують в круговорот елементи з дуже глибоких шарів грунту.
Живучи в грунті тварини. бактерії і гриби. руйнуючи відмерлі рослинні залишки, отримують енергію для своєї життєдіяльності і добувають речовини для створення власного тіла. Гриби і бактерії створюють у грунті нове, дуже складна органічна речовина - перегній, або г у-м у с. Наземні тварини надають на круговорот елементів істотний вплив: вони розносять їх по земній поверхні своїми екскрементами. Після смерті тварини елементи, поглинені їм при харчуванні рослинами або іншими тваринами, повертаються в грунт.
Близько 95% обсягу гірських порід доводиться на атоми кисню, всі інші елементи займають лише близько 5% обсягу. Атоми кисню є в гірській породі як би каркас. в якому розсіяні інші елементи, в тому числі і необхідні для життя рослин. Вищі рослини збирають своїм корінням ці розсіяні елементи, а після свого відмирання збагачують ними верхні шари грунту. Деяка частина цих елементів вимивається водою атмосферних опадів, але велика частина накопичується в грунті, підвищуючи її родючість. Азоту в гірській породі, як правило, немає, але в грунті, багатою перегноєм, його багато. Грунтові бактерії в результаті своєї життєдіяльності пов'язують вільний азот повітря і віддають його в перегній.
В одному зі своїх творів Максим Горький дуже образно описав процес утворення ґрунту: «Земля більш наша, ніж звикли ми про неї думати. Чудовий російський вчений Вернадський талановито і твердо встановлює нову гіпотезу, доводячи, що родючий грунт на кам'яній і металевої планеті нашої створена з елементів органічесікх, з живого речовини. Ця речовина протягом незліченного часу роз'їдало і руйнувало тверду, безплідну поверхню планети ось так же, як до цього дня лишаї - «ломикаменю» і деякі інші рослини руйнують гірські породи. Рослини і бактерії не тільки розпушити тверду кору Землі, але ними створена і атмосфера, в якій ми живемо, якою ми дихаємо. Кисень - продукт життєдіяльності рослин. Родюча земля, з якої ми видобуваємо хліб. утворена незліченною кількістю плоті комах, птахів, тварин, листям дерев і пелюстками квітів. Мільярди людей удобрили Землю своєю плоттю; воістину, це - наша Земля ».
Родюча земля повинна мати наступні властивості:
-
мати досить потужний шар, в якому можуть жити коріння рослин, - так званий кореневмісному шар; містити в засвоюваній формі достатню кількість вологи і всіх елементів живлення, необхідних для успішного росту і розвитку рослин; володіти мелкокомковатой (зернистої) структурою - це необхідно для постійного припливу до коренів рослин атмосферного повітря, багатого киснем, і для просочування в грунт талих і дощових вод; не мати отруйних для рослин сполук-високій концентрації розчинних солей, зайвої кислотності або лужності, підвищеної концентрації алюмінію, марганцю ит. д.
Найбільш родючі чорноземні грунти. Щоб отримувати на них стійкі врожаї, необхідно проводити снігозатримання. це збільшить запас вологи в грунті. Там же, де структура грунту була зруйнована неправильної обробкою, слід відновити її структурність правильної агротехнікою.
У підзолистих, дерново-підзолистих і частково в сірих лісових ґрунтах немає потужного перегнійного шару. Ці грунту нерідко відрізняються підвищеною кислотністю, недоліком елементів живлення, безструктурну. Необхідно збагачувати їх органічними речовинами: вносити органічні добрива, сіяти трави; їх слід вапнувати, щоб знищити зайву кислотність, вносити в них мінеральні добрива. Вносячи добрива і поступово збільшуючи глибину оранки, створюють потужний орний шар. Достатнє зволоження цих грунтів атмосферними опадами полегшує отримання на них високих і сталих врожаїв.
Каштанові ночви містять достатню кількість елементів живлення, в них немає зайвої кислотності або лужності, вони не містять отруйних сполук, але поширені вони в областях недостатнього зволоження. Щоб використовувати каштанові грунти, треба їх зволожувати.
Сероземи поширені в кліматі настільки бідному атмосферними опадами, що землеробство на них можливо лише при штучному зрошенні.
Болотні і заболочені грунти, солончаки і солонці. а також солонмакуватими і солонцюваті грунти не придатні для землеробства. Щоб їх використовувати, треба провести складні меліоративні роботи.
Правильне використання родючості грунтів, засноване на глибокому науковому розумінні протікають в ній процесів, і постійна турбота про підвищення її родючості - це важливі умови в створенні достатку продуктів.