Вскоре выходит его новая книга "Наши степи прежде и теперь". Весь доход от нее Докучаев передал в помощь голодающим. Блестяще написанная, убедительная, она и сегодня читается с захватывающим интересом. По его инициативе создается особая экспедиция департамента земледелия по изучению причин засухи. Организуются три опытные станции (участки) в Каменной степи под Воронежем, на водоразделе рек Дон - Донец и в сухой степи возле Таганрога. Под руководством Докучаева разводят лесополосы для защиты полей от суховеев, задержания талых вод. Закрепляются овраги, строятся водоемы, испытывается лиманное орошение. Лесополосы, посаженные Докучаевым, и ныне служат сельскому хозяйству.
Родиной степного лесоразведения является Россия.
Начало ему положил еще Петр I, заложивший в 1696 году в степи близ Таганрога дубовую рощу, которая должна была давать корабельный лес для Черноморского флота. Однако все попытки лесоразведения, которые предпринимались впоследствии в Южной России, диктовались именно потребностью в строительном и топливном материале. Поворотным моментом в истории отечественного лесоразведения стали работы экспедиции В. В. Докучаева.
В работе "Наши степи прежде и теперь" он в качестве одного из путей борьбы с засухой и неурожаями назвал степное лесоразведение.
В широких масштабах полезащитное лесоразведение начало развиваться после Великой Октябрьской социалистической революции. В постановлении Совета Труда и Обороны от 29 апреля 1921 года "О борьбе с засухой", подписанном В. И. Лениным, говорилось о необходимости развивать в государственных масштабах работы по облесению и укреплению оврагов и песков, особенно в районах Среднего и Нижнего Поволжья и Придонья.
В 1948 году Советом Министров СССР и ЦК ВКП(б)
было принято постановление "О плане полезащитных лесонасаждений, внедрения травопольных севооборотов, строительства прудов и водоемов для обеспечения высоких и устойчивых урожаев в степных и лесостепных районах Европейской части СССР", которое дало новый толчок развитию теории и практики степного лесоразведения.
Полезащитные лесные полосы, заметно ослабляя скорость ветра, регулируют температурный режим, способствуют равномерному распределению снега, повышают влажность воздуха и почвы в межполосном пространстве.
Благодаря лесным насаждениям значительно улучшаются физические свойства степных почв.
Под защитой лесных насаждений в зонах недостаточного увлажнения урожаи зерновых повышаются на 20- 30, овощных - на 50-75, кормовых трав - на 200 процентов.
Для полезащитных лесонасаждений требуется подбор местных засухоустойчивых сортов, тщательный уход за посадками, особенно в первые годы, правильный выбор мест для организации полос - преимущественно в низинах, куда поступает больше влаги с поверхностным стоком.
Очень важным средством борьбы с эрозией является безотвальная вспашка, предложенная Т. С. Мальцевым, которая оказалась очень эффективным средством, позволяющим противостоять засухе и пыльным бурям. При безотвальной обработке почвы на поле остается стерня, которая уменьшает скорость ветра над полем, задерживает снег и поверхностный сток с полей.
Очевидно, что борьба с эрозией почв в районах засушливого климата должна проводиться на больших площадях, и эффективной она может быть только в условиях общественной собственности на землю. При раздробленном, частнособственническом землепользовании неурожаи в зонах неустойчивого увлажнения неизбежны.
Процесс обработки почвы приводит к усилению минерализации органических и гумусовых остатков, распылению и потере питательных веществ. В результате потери гумуса из-за нерационального использования земель составляют 0,25-0,5 тонны на гектаре в год. Это отрицательно сказывается на сельскохозяйственном производстве, так как приводит к снижению урожаев в два-три раза.
Сокращение запасов гумуса в биосфере имеет не только хозяйственное, но и большое экологическое значение.
Биологическая продуктивность всей нашей планеты опирается на нормальное функционирование почвенного покрова, которое в первую очередь определяется состоянием гумусового слоя. Именно благодаря наличию гумусового горизонта почвы выступают как универсальный общеземной аккумулятор и распределитель энергии, необходимой для нормального обмена и круговорота вещества в ландшафтах.
Когда человек обрабатывает землю с помощью сельскохозяйственных орудий, почвенные частицы неизбежно разрушаются и почва превращается в плотную, бесструктурную массу, что ухудшает ее водно-физические и воздушно-физические свойства. Истощенные почвы гораздо сильнее подвержены эрозии, больше страдают от ветра, на них бурно растут сорняки. Все это, естественно, снижает урожаи. Многие века человек не умел управлять этими процессами, что неизбежно обрекало землю на истощение. Содружество науки и практики позволило создать рациональную систему земледелия, предусматривающую внесение органических и минеральных удобрений, периодическое травосеяние, высококачественную агротехнику. Стало возможно не только сохранение плодородия почв, но и существенное улучшение их свойств. Последнее чрезвычайно важно, если учесть, что во многих районах планеты территория, пригодная для посевов, не расширяется, а сокращается. Стремительно растут города - п не только ввысь, но и вширь, прокладываются дороги, строятся заводы, аэродромы и масса других объектов.
Многие уникальные месторождения полезных ископаемых открыты именно там, где плодородные ыпвы. В нашей стране только за последние три пятилетки у се,\а изъято около 5,5 миллиона гектаров угодий. А если взять всю планету, то ежегодно исчезает 14 миллионов гектаров пахотных земель, 6 миллионов гектаров пастбищ и 18 миллионов гектаров лесов. Если к этому прибавить еще потери, связанные с биологической деградацией, то станет ясно, насколько снижается способность нашей планеты производить пищевые продукты, не говоря уже о нарушениях в жизненно необходимом круговороте веществ через биосферу.
Экология и управление биосферой
Стремительный XX век с его огромными техническими достижениями и поразительными открытиями принес с собой и немало проблем, вызывающих все большую тревогу. Одна из них связана с охраной окружающей среды и рациональным использованием природных ресурсов.
Покорение природы, которым так гордится человек, нередко оборачивается расхищением ее богатств.
А ведь от сохранения и преумножения биологических ресурсов земли в конечном счете зависит судьба всего человечества. И здесь роль науки трудно переоценить.
Проблемами, связанными с использованием природных ресурсов, в той или иной мере занимаются многие науки. У каждой из них свой круг теоретических и практических вопросов, чаще всего связанных с определенной отраслью народного хозяйства. Общие же проблемы решает экология - наука об управлении живым покровом Земли.
Экологию интересует взаимодействие организмов и среды, которое определяет развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику популяций, развитие сообществ животных, растений и микроорганизмов, а также воздействие на все эти организмы хозяйственной деятельности человека.
Эта ныне бурно развивающаяся наука возникла на стыке нескольких отраслей знания. Формальной датой ее рождения обычно считают 1869 год, когда выдающийся немецкий эволюционист и зоолог Э. Геккель придумал сам термин "экология", дословно обозначающий: наука о жилище, местопребывании, убежище. Геккель определил задачу экологии: изучение взаимоотношений с органической и неорганической средой, с другими организмами.
Сейчас взаимоотношениями организма с окружающей его средой, путями приспособления, механизмами адаптации занимается так называемая факториальная экология, экология особей.
Но особи в природе не существуют сами по себе, они живут общностями, популяциями, которые развиваются по своим законам, и законы эти должна раскрыть тоже
экология, правда, во взаимодействии со смежными науками - демографией, популяционной генетикой и т. д.
Так возник в начале XX века второй раздел экологии - экология популяций.
Однако и популяции не существуют в отрыве от окружающей среды. Вода, почвы, воздух, климат определят, где им жить, а где - нет. Да и в своей "экологической нише" популяция любого вида обитает не одна, ей приходится делить место под солнцем с бесчисленным множеством других, живых существ, жить в составе сообществ, тесно взаимодействующих с неживой средой.
А это предмет исследований еще одной области науки - биогеоценологии. Так предложил ее называть выдающийся советский ботаник и лесовед Герой Социалистического Труда академик В. Н. Сукачев.
Впервые понятие "биогеоценоз" Сукачев употребил в 1940 году. Так стали обозначать однородный участок земной поверхности с определенными, притом неслучайными живыми (микробы, растения, животные) и косными (почва, вода, воздух) компонентами в их динамическом взаимодействии.
Несколько раньше, в 1935 году, английский ботаник А. Тенсли ввел в научный обиход термин "экосистема".
Им он обозначил единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и неживые компоненты связаны между собой через обмен вещества и энергии. В отличие от биогеоценоза экосистема "безразмерна", она не ограничена рамками Конкретного ландшафта. Экосистемой можно называть и Мировой океан, и комнатный аквариум. Именно поэтому таким понятием удобно пользоваться при теоретических изысканиях, в математических моделях.
В каждом конкретном биогеоценозе изменение условий существования влияет на численное соотношение видов и даже видовой состав. За примерами ходить недалеко - достаточно вспомнить, к чему приводит заболачивание или высыхание водоемов. Этот общеизвестный процесс принято называть сукцессией. В результате сукцессиониых изменений не только существование отдельных видов в данном биогеоценозе, но и само существование биогеоценоза ограничено во времени.
Конечно, не все виды одинаково реагируют на изменения среды. Одни переносят их легко и дольше сохраняются на данном участке, другие не выдерживают и либо гибнут, либо переселяются в другие места. Это относится не только к отдельным особям, но и ко всей популяции, которая обречена на вымирание, если хотя бы часть ее не спасется. Так что расселение наряду с размножением можно считать одной из основных функций живого организма.
Расселение играет определенную роль в эволюции видов. Осваивая новую территорию, животные приспосабливаются к новым условиям, вырабатывая в себе новые качества. В свою очередь, благодаря пм может изменяться и окружающая среда.
Степь рассматривают как растительную формацию, способную существовать длительный срок. Однако устойчивость ее как биогеоценоза связана с теми изменениями растительного покрова, которые вызываются деятельностью других компонентов. Например, копытные, грызуны и даже саранчовые, влияя на состояние степного покрова, способствуют стабилизации степной растительности.
Локальные изменения растительного покрова (и соответствующие изменения других компонентов биогеоценоза)
очень важны для сохранения общего облика степного биогеоценоза. На пороях грызунов возникают специфические микроассоциации растений. Так, в ковыльно-типчаковых степях Восточной Украины на пороях слепышей появляются всходы многих растений, в том числе таких видов, которые становятся сорняками на освоенных землях и не встречаются на задерненных участках.
Закономерно направленные изменения биогеоценозов - фактор, влияющий на популяции отдельных видов, на ход естественного отбора. Особый интерес вызывают изменения, связанные с сельскохозяйственной практикой, кардинально меняющей условия существования всех компонентов биоценоза и качественно изменяющей биотоп.
Существует довольно распространенный взгляд, будто естественные биоценозы и комплексы организмов, возникающие на полях и в садах в результате деятельности человека, - явления принципиально отличные. Это не так. Во-первых, все без исключения биогеоценозы в той или иной степени уже практически затронуты человеческой деятельностью. А во-вторых, между более или менее ненарушенными биогеоценозами и комплексами организмов, возникшими вместо них на освоенных землях, - сложная гамма переходов: например, от естественных лугов или степей через сенокосы и пастбища к многолетним сеяным травосмесям, многолетним травам, непропашным культурам и, наконец, к пропашным культурам, если говорить о землях, занятых под полевые культуры.
Аналогичные ряды прослеживаются от лесов, искусственно восстановленных на месте сведенных, через лесные монокультуры к садам с задерненными междурядьями и т. д.
Основное отличие агроценоза от естественного биогеоценоза в том, что вместо исторически сложившегося обычно многовидового растительного покрова участок поверхности суши, представляющий агроценоз, занят посевом растения, однородный характер которого иногда нарушен только сопутствующими сорняками. Культивируемому растению человек облегчает борьбу за существование. Формирование комплексов организмов, заселяющих посевы культурных растений и выживающих на них, подчиняется тем же закономерностям, которые управляют и формированием естественных биоценозов. Значит, все посевы и посадки культурных растений можно рассматривать как своеобразные "вторичные" биоценозы.
Каждая наука, и это ясно видно на примере экологии, вызывается к жизни потребностями общества, производства, вырастает из той сокровищницы знаний, которые были накоплены ранее в процессе хозяйственной деятельности. Факториальная экология опиралась на опыт животноводства, популяционная экология - на опыт охотничьего хозяйства и борьбы с вредителями, биогеоценология выросла из практики лесоводства, генетического почвоведения В. В. Докучаева п из биогеохимии В. И. Вернадского. Но ведь и биогеохимии предшествовала полувековая практика применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве.
В конце 60-х годов создателем первого в нашей стране центра экологических исследований - Института экологии растений и животных Уральского научного центра Академии паук СССР в Свердловске - академиком С. С. Шварцем было сформулировано положение об "антропогенизации" экологии, то есть о том, что экология должна обратиться к решению проблем, которые рождает взаимодействие человека и живой природы. Уточним: бездумное "взаимодействие" сплошь и рядом может оказаться печальным для обеих сторон: дикие растения и животные погибнут, а человек окажется на самим собой созданном пустыре.
Какое же отношение имеет экология к нашей теме?
Самое непосредственное. Ведь почвенное плодородие - результат не только продуманной заботы земледельца, но и итог жизнедеятельности сообщества организмов - обитателей почвы. Управлять почвенными экосистемами можно, только базируясь на принципах экологии, обеспечить плодородие земель на многие годы вперед способен лишь этот путь.
Интересно, что почвенные обитатели не только очищают почву от гниющих растительных и животных остатков. Многие из них могут разлагать ДДТ и другие органические ядохимикаты, используемые в сельском и лесном хозяйстве, захоранивать продукты промышленных загрязнений. Именно эти незаметные существа поддерживают в чистоте наш общий дом - Землю.