Представьте земную поверхность как лоскутное одеяло из относительно целостных единиц – биогеоценозов. Сейчас нам хватит определения биогеоценоза, как экосистемы в границах фитоценоза, иначе говоря – участка земной поверхности, выделенному по характерному типу растительности. Значительная часть «лоскутов» на современной Земле – агроценозы, искусственные сельскохозяйственные биогеоценозы. Кофе, как и сахарная свекла или сахарный тростник – их продукция. Вы помните, что агроценозы крайне неустойчивы и сохраняются лишь благодаря непрерывным энергетическим субсидиям? Как только мы прекратим энергетические вливания, на смену культурным растениям, запасающим максимум энергии в урожае, придут другие, более «заботящиеся» о своей конкурентоспособности, но менее урожайные.
Откуда берутся поля? Это измененные естественные ценозы, например, бывшие степи. Условия для разрушения отмерших трав в степи не ахти какие – сухо. Недоразрушенная органика накапливается в почве, образуя чернозем. Органические вещества чернозема для трав не нужны, а вот накопленные в нем биогены и вода для них крайне важны. Чернозем в степи мало-помалу разрушается (окисляется, выдувается, смывается), но зато и непрерывно пополняется в результате отмирания и разрушения трав.
Когда степь превращается в поле, восстановление чернозема прекращается, поскольку существенная часть биомассы изымается с урожаем, а не возвращается в почву. Разрушение идет своим чередом и только усиливается. Итого, плодородие полей в значительной степени основано на постепенно растрачиваемых почвах, оставшихся от разрушенных естественных биогеоценозов. В большинстве агроценозов почвы быстрее или медленнее деградируют…
Перед тем, как обсудить, как мы боремся со снижением плодородия агроценозов, задумаемся, какие элементы содержатся в потоке вещества, изымаемого нами с полей. Главные элементы в составе органических соединений – углерод, кислород и водород, которые поступают в продукты фотосинтеза из углекислого газа и воды. Очень важен и азот, без которого невозможно синтезировать ни белки, ни разнообразные соединения наподобие кофеина (вы помните, что мы говорим о кофе?). В атмосфере азота пруд-пруди, но воспользоваться им нелегко. Растения получают его из почвы, куда азот попадает или в результате действия бактерий, способных его связывать, или при его окислении в момент удара молнии. На количество молний растения особенно повлиять не могут, а вот нужные бактерии могут направленно разводить: бобовые делают это в специальных клубеньках на своих корнях.
Состав урожая не ограничивается названными элементами. В разных концентрациях там находится практически вся доурановая часть таблицы Менделеева. Используем для обозначения всех элементов, необходимых для организмов, термин «биогены». Поток продукции из агроценозов –поток биогенов. Если вода из бассейна выливается по одной трубе, ее уровень останется постоянным, лишь если она притекает по другой. Какие «трубы» вносят биогены в агроценозы?
Углерод, кислород, водород и кое-как азот, поступают из атмосферы. А фосфор, сера, калий, кальций, железо, магний и многие другие элементы? Это серьезная проблема, которая важна не только для агроценозов, ведь вынос вещества из биогеоценозов – не изобретение людей.
Представьте себе реку, впадающую в море. Что несут ее мутные воды? Массу неорганики (песок, глина, соли), органики на разных стадиях разрушения и попросту живых организмов. Этот «суп» содержит в себе изрядное количество биогенов, смытых в реку со всего водосборного бассейна. Часть из них, попав в океан, вернется на сушу (с выловленной рыбой, пометом рыбоядных птиц и даже просто брызгами, которые подхватил ветер). Однако подавляющая часть этих биогенов будет изъята из круговорота и отправится на дно, в морские отложения. Какая энергия обеспечивает захоронение биогенов? Солнечная, это ведь благодаря ей дуют ветры и текут реки.
Если бы процесс миграции веществ на дно океанов ничем не компенсировался, Землю бы ожидала печальная судьба. Воздух и вода сточили бы континенты и выровняли бы морское дно. Планету покрыл бы океан глубиной более километра. Более плотные, чем вода, вещества, опустились бы вниз, унося множество биогенов. В освещенных солнцем водах образовалась бы химическая «пустыня», а биогены скопились бы на дне, где царит тьма. В этих условиях земная жизнь теплилась бы еле-еле.
Какие силы удерживают биосферу от столь печальной судьбы? Те, которые обеспечивают извержения вулканов и горообразовательные процессы. Они возносят все новые и новые горные породы наверх, в зону водно-воздушного разрушения. Из горных пород вымываются биогены, которые поступают в круговорот в составе живого вещества. Эти силы и делают Землю планетой жизни! Где их источник?