В большой аудитории историко-филологического факультета привычно звучал голос пожилого лектора: «Прилагательное может оттенять самые различные стороны описываемого предмета. Сравните, например, выражения: «кислая капуста», «кислый вид», «кислая почва». О чем идет речь в первом словосочетании?» «О вкусе», – раздался дружный хор голосов. «А во втором?» «Об облике», – прозвучало менее единодушно. «А в третьем?»
И только после долгого молчания робкий голос: «О плохой земле…» Но тотчас с самого верха аудиторного амфитеатра разлился чей-то молодой возмущенный бас, явно привыкший звучать среди полей: «Плохая! Да приезжай-ка ты в наши Пашкиничи, да посмотри, какой там лен!
А агроном все толкует, кислые у нас почвы, кислые! Да при таком льне разве скажешь плохие?» И тут уже новый звонкий голос: «А посмотри, посмотри у Ушакова, его-то словарю ты поверишь: «кислый – прокисший, подвергнувшийся порче вследствие брожения». И опять сверху: «Ну, тогда и кислая капуста – плохая капуста!».
Спор разгорался и было видно, что сам лектор не был рад этому: филология филологией, но здесь-то уже начинало звучать что-то иное. Профессор помнил, что еще давно прочитал как-то у Даля: «кислая почва, с кислым перегноем, не перепревшим». Но объясняло ли это что-либо по существу? Филологически это в свое время удовлетворило профессора, но вот агрономически… Испокон веков шел в народе разговор о кислых почвах: «Вон они какие, хвощ да щавелек растет.
Сама трава на них кислая!». Но уже давно и химики начали изучать их, испытывать лакмусом (кто не помнит со школьной скамьи этот индикатор: возьмешь пропитанную им синюю бумажку, опустишь в раствор, покраснела бумажка – кислота!). И видят: действительно, кислые! Прижмешь к влажной почве бумажку – краснеет. Значит, есть кислота в почве. Однако какая, как она действует на растения, на саму почву?
Много было вопросов и все они постепенно начали выясняться во многих лабораториях, в которых различные ученые занялись исследованием химии почвы, важными проблемами агрономической химии – агрохимии. Да и практики-агрономы многое подсказывали ученым, помогали им ставить опыты прямо на полях. И вот ведь, казалось бы, диво: высевают одни растения на все более и более кислых почвах, а они растут все лучше и лучше. Неплохо чувствуют себя на кислых почвах рожь, люпин, ценная кормовая трава тимофеевка, уже упоминавшийся лен, картофель и некоторые другие.
Пшеница же, сахарная свекла, ячмень, красный клевер и другие культуры сильно страдают при повышении кислотности почвы, снижают урожайность, а порой и вовсе погибают. В чем тут дело? Теперь уже редко встретишь человека, который бы не знал хотя бы самых начал химии. А о кислотах и там говорится как об особых соединениях, способных при растворении отдавать в раствор положительно заряженные атомы водорода, его ионы. Чем больше оказывается в растворе ионов водорода, тем выше его кислотность, и наоборот.
Так и в почве, в насыщающей ее воде. Но так, да не совсем, сложнее все. Вода, находящаяся в почве, не ведет себя инертно по отношению к другим составным частям почвы – ее твердым минеральным частицам, перегною. Она растворяет многие входящие в их состав вещества. Ряд соединений из нее, напротив, выпадает в осадок или захватывается, поглощается почвенными частицами.
В почвенной воде живут различные микроорганизмы. В нее погружаются корни растений. В ней растворяется воздух, циркулирующий по почвенным порам. Все это влияет на величину кислотности почвы, которая, как оказалось, заметно изменяется во времени – в течение года, суток. С другой стороны, сама кислотность почвенной воды или, как говорят точнее, почвенного раствора, влияет на интенсивность растворения многих содержащихся в почве соединений.
Но вернемся вновь в лабораторию почвоведа-химика, где многое бывшее ранее тайным становится явным. Зайдем в сравнительно небольшую комнату, в которой он в двадцатые годы прошлого века работал научным сотрудником.
Потом он стал директором Почвенного института Академии Наук Константин Каэтанович Гедройц. Если бы мы смогли сейчас вновь посмотреть на то, как это было! Ряды колб с почвой, воронки, фильтры. Сухощавый человек, внимательно склонившийся над ними. «Смотрите, – говорит он окружившим его сотрудникам, – смотрите, вот мы фильтруем через почву раствор кальциевой соли, а в вытекающей жидкости появляется натрий.
Значит, ион кальция поглотился почвой, но зато вытеснил из нее ион другого вещества, в данном случае натрия. А вот посмотрите, к этой почве мы добавили распространенное удобрение – хлористый калий, а в ней увеличилась кислотность раствора. Следовательно, ионы калия вытеснили из почвы ионы водорода!».
Работами К. К. Гедройца, признанными во всем мире, уже с самого момента их опубликования классическими, было установлено, что концентрация в почвенном растворе многих ионов, в том числе и иона водорода, обусловливающего кислотность почвы, является величиной переменной. Так выявилось, что кислотность почвы не может быть объяснена чисто химическими явлениями. Ее природа сложнее.
Она обусловлена взаимодействием друг с другом многих компонентов: минеральной части почвы, ее органических веществ, воды, находящейся в почве, почвенного воздуха.Существенную роль здесь играют и населяющие почву организмы, особенно микроскопические. Многие растения сами способствуют подкислению почвы за счет выделения соответствующих веществ из их корневых систем.
Подкисляет почву и хвойный лес, так как при разложении лесной подстилки микроскопическими грибами, поселяющимися в ней, образуются сильные органические кислоты, проникающие затем в почву с водой. Как же теперь, после многолетних кропотливых исследований химиков, биологов, почвоведов, мы должны определить существо явления кислотности почвы? Это не что иное, как наличие в ней ионов водорода в достаточно больших количествах. При этом ионы водорода могут находиться как в свободном состоянии в почвенном растворе, так и быть поглощены частичками почвы.
Но поглощены не навсегда, а временно, до тех пор, пока их не вытеснит в раствор какой-либо другой ион. В результате количество содержащихся в почвенном растворе ионов водорода меняется. Само же количество этих ионов, а точнее говоря, их концентрация в почвенном растворе (почвенной воде), и обусловливает ту или иную величину кислотности: чем больше концентрация ионов водорода в почвенном растворе, тем выше кислотность.
Ее величину выражают в условных единицах рН, которые показывают концентрацию в растворе ионов водорода. Поэтому и сама единица рН называется водородным показателем. Нужно только иметь в виду, что водородный показатель рассчитывается таким образом, что чем его величина будет больше, тем концентрация ионов водорода в растворе меньше, то есть меньше кислотность.
И наоборот. Так, если кислотность одной почвы характеризуется величиной ρH 4, а другой – 5, то первая почва более кислая. При значениях ρH, равных 7, почвы имеют нейтральную реакцию. А если рН больше 7 – щелочную.
Высокая кислотность почв (при ρH 4,5-4 и ниже), как правило, резко отрицательно сказывается на росте и развитии большинства культурных растений. Снижается их урожайность, ухудшается качество получаемого продукта. Так, например, в ряде опытов было показано, что урожай зерновых культур, выращиваемых на кислых почвах, может вдвое уменьшаться по сравнению с урожаем, получаемым на почвах с нейтральной реакцией.
При этом в одном из опытов было подсчитано, что под влиянием кислой среды количество колосков (в расчете на один колос) снизилось с 11,7 до 7,5, а количество зерен на один колос соответственно с 10,4 до 5,2. Уменьшился и размер зерна. Если в первом случае масса 1000 зерен составляла 21,9, то на кислых почвах она оказалась лишь 14,1 грамма. Значительная кислотность почв отрицательно влияет и на жизнедеятельность многих почвенных организмов.
Так, например, один из самых распространенных почвенных азотфиксирующих микроорганизмов азотобактер на кислых почвах присутствует в очень малых количествах, что заметно снижает количество накапливающегося в почве азота. В одном из опытов было показано, что при изменении рН почвы с 4,5 до 3,5 количество фиксируемого азота уменьшилось в три раза. При высокой кислотности почвы в ней переходят в растворимое состояние различные токсичные для растений соединения, например, соединения алюминия.
В кислых почвах разрушается структура, то есть те удивительные комочки, о которых вы уже читали в первой главе. А в результате опять-таки угнетение растений. Правда, многие растения могут мириться с кислотностью почвы. Вы их уже знаете. Но мириться не значит любить. При значительной кислотности страдают и они. Так как же быть нам? Спокойно смотреть на все эти факты? Нет, нельзя.
Ведь почв с кислой реакцией в нашей стране больше половины всей ее территории. Это и подзолистые почвы, и болотные, и тундровые, и многие луговые. Даже в лесостепях немало кислых почв, хотя здесь их кислотность, как правило, невелика. И хотя почвы степей в нашей стране имеют нейтральную реакцию, а южных районов даже щелочную, подумайте, какие потери сельскохозяйственной продукции мы несем из-за кислотности почв.
Причем не только растениеводческой, но и животноводческой. Ведь кислые почвы – это и недобор кормов! Люди уже давно искали способы уменьшения кислотности почв. С этой целью еще в Древнем Риме вносили в землю мергель, привозя его подчас за многие километры. История донесла до нас свидетельство о том, что таким путем существенно повысил урожаи в своей усадьбе Гай Фурий Кресин, вызвавший тем самым зависть соседей и чуть ли не обвинение его в колдовстве.
Но особенно много в этом отношении было сделано в нашей стране, где почв, нуждающихся в уменьшении кислотности, особенно много. Так, еще в 1837 году известный ученый-агроном М. Г. Павлов писал в своей книге «Курс сельского хозяйства»: «Если в почве есть кислоты, вредящие растению, например, уксусная, то известь это препятствие устраняет, соединяясь с кислотой».
И действительно, внесение в почву извести до настоящего времени остается основным и самым эффективным способом борьбы с кислотностью почв. Известь реагирует со свободными ионами водорода, а кальций вытесняет из почвы его связанные ионы.
В конечном итоге весь этот водород входит в состав воды и теряет способность вредить растениям. Однако полностью ли следует устранять кислотность почвы? «Нет, и еще раз нет!» – отвечают агрохимики. Некоторая незначительная кислотность (например, при значениях рН 5,5; 6; 6,5) нередко оказывается полезной. Во-первых, многие растения (картофель, лен и др.) в процессе вековой эволюции приспособились к существованию на кислых почвах и при нейтральной их реакции развиваются нередко не лучше, а хуже.
Во-вторых, следует иметь в виду, что в кислой среде лучше растворяются многие химические соединения и в частности такие, в которых имеются необходимые растениям элементы. Так, например, если переизвестковать почву, то резко уменьшится степень обеспеченности растений фосфором из-за ухудшения условий растворимости соединений, содержащих этот элемент. Иными словами, не нужно переделывать природу, следует использовать то, что она нам дает, рационально изменяя существующее в пределах, свойственных ей самой.