По всему миру снижается плодородие почвы. В нашей стране продолжают радоваться высоким урожаям и большому экспорту зерновых, но фактически многие страны, экспортируя сельхозпродукты, распродают питательные вещества отечественных почв, которые не удаётся в полной мере восстанавливать.

Уникальным в этом плане является чернозём восточной Европы, который расположен в Украине с незначительными ответвлениями в Белгородскую, Воронежскую и Курскую области России.

У чернозёма самый высокий уровень естественного плодородия благодаря высокому содержанию гумуса, суглинистому механическому составу, нейтральной реакции среды и зернисто-комковатой структуре. Если размять в ладони комок чернозёма, он рассыпается на мелкие комочки в 3–5 миллиметров, напоминающие зерно или гречку. Какое из этих свойств чернозёма обеспечивает высокое плодородие, учёные гадают до сих пор.

Чаще всего считается, что чернозём получается естественным образом в ходе многолетнего замещения одних почв другими. Степной почвенный биоценоз формируется многими тысячелетиями. Так полагает большинство учёных. Но в последнее время этой общепринятой точке зрения начинают формироваться альтернативные точки зрения.

Причина в том, что во многих странах активно прорабатываются технологии ускоренного почвообразования, быстрого восстановления плодородия, объединённые, чаще всего, под названием «искусственный чернозём». Скорость роста искусственного слоя выше природного в 130 раз.

Существуют четыре этапа этой технологии:

1. На поверхность почвы с низким плодородием наносится тонкий (3–5 мм) слой активированного угля, в древности это был древесный уголь.
2. Поверх него наносится стартовый слой чернозёма, примерно 20 см. По имеющемуся опыту стартовый слой хорошо формировать из лесных почв, желательно с наименьшим антропогенным воздействием.
   В Германию он зачастую ввозится из залежных земель Украины¹.
3. В стартовом слое создаётся благоприятная для почвенных организмов влажностная и химическая среда, и он заселяется выращенными в биореакторах полезными микроорганизмами, а также и животными-землероями (чаще всего, это – дождевые черви и муравьи). Муравейники размещаются по периметру свалки, колонии червей – квадратно-гнездовым способом по всему слою.
4. Проводится посев трав и кустарников с корневой системой, способной формировать структуру почвы.

Возможны вариации этапов, некоторые из них могут быть пропущены (из соображений экономии или недоступности препаратов).

Микроорганизмы и органика

Функция микроорганизмов в природной почве состоит в переводе труднодоступных форм элементов питания в формы, более пригодные для растений.

Основа применения микроорганизмов для ускоренного почвообразования состоит в том, что органические остатки и минералы (также в плохо усваиваемой форме) преобразуются в формы, которые легко усваиваются растениями. В практике учёных Украины и России, чаще всего, это – набор из четырёх микроорганизмов: два почвенных грибка (триходерма и гломиус) и два вида бактерий (псевдомонада и бацилус субтилис).

Вносятся эти микроорганизмы в жидкой форме поливом. Для ускоренного почвообразования применяют азотфиксирующие бактерии², формируют и консорциумы микроорганизмов, продуцирующих фитогормоны и регуляторы роста³.

Иногда бактериальным препаратом поливают поверхность только после появления всходов посеянных трав. Дополнительно используются вещества, стимулирующие развитие микроорганизмов: от отходов обогащения бурого угля до растворов кормовой патоки.

Одно из направлений ускоренного почвообразования – применение навоза, торфа и компостов, а также известкование кислых пород, совместное использование органических, известковых и минеральных удобрений. Навоз сельскохозяйственных животных и человеческий кал рекомендуется применять только после термической переработки (перегорания), иначе он может оказаться источником инфекций⁴.

Сибирский НИИ сельского хозяйства и торфа РАН для ускоренного почвообразования предлагает применять органоминеральное удобрение, в состав которого входят адаптированные к местным условиям микроорганизмы, торф, гуминовые кислоты, азотные, фосфорные и калийные удобрения⁵.

В одном варианте в состав препарата входят микроводоросли, почвенные грибки, навоз домашнего скота и помёт птиц, гуминовые кислоты и хитозан. Последнее вещество, чаще всего получаемое из хитина насекомых, очень важно для формирования групп положительно заряженных ионов.

Часто практикуется внесение азотных удобрений⁶, гуматов и препаратов на основе торфа. Благодаря им возрастает численность микроорганизмов, в частности, тех, что разрушают органические остатки⁷.

Черви и муравьи

Принципиальным для ускоренного почвообразования является применение дождевых червей, выращиваемых специально для этого процесса. В России выведены четыре генетических линии дождевых червей, наиболее распространены черви генетической линии «старатель» владимирской селекции.

Дождевые черви создали половину биомассы Земли (в среднем), а в лесах их доля – 72% общей биомассы животного мира. Весь плодородный почвенный слой на Земле прошёл через желудок червей. В естественной среде обитания плотность червей составляет в среднем 120 особей на 1 кв. метр (в биомассе – 50 г на 1 кв. метр). Для ускоренного почвообразования эта плотность должна быть на старте локально увеличена в пять раз.

Выращиванием дождевых червей занимается множество фирм по всему миру. Известны эксперименты, когда совместно с дождевыми червями применяют почвенные грибки, преимущественно триходерму и гломиус⁸. Взаимодействие их с червями двустороннее и многоплановое.

Черви используют грибки как антидот, преграду от заболеваний, грибки используют для своего роста продукты жизнедеятельности червей (капролиты).

Почвообразование с использованием муравьёв складывается из её перемешивания, изменения механического и химического состава. Перемешивание идёт при рытье ходов, улучшающих аэрацию корней растений и условия жизнедеятельности аэробных бактерий.

Ходы муравьи строят постоянно, в течение всего времени жизни муравейника. Они удобряют землю своими экскрементами, поднимают частицы земли из нижних горизонтов на поверхность.

Муравьи дробят остатки корней и другую органику, что облегчает дальнейшее разложение её микроорганизмами. Многие виды муравьёв собирают органические остатки в муравейниках. А это приводит и к концентрации микроорганизмов, которые её перерабатывают, а более высокая температура внутри муравейника активизирует их деятельность и ускоряет разложение органики в десятки раз.

Наиболее подходят для ускоренного почвообразования рыжие лесные муравьи. Их муравейники стимулируют развитие корневой системы трав, кустарников и деревьев. Травостой вокруг муравейников выше в 5–8 раз, чем обычно. Чем больше муравейников, тем лучше растут сосны и другие хвойные деревья. За рубежом (в Германии – особенно) разведение рыжих муравьёв и их расселение уже поставлены на поток.

В муравейниках сосредотачиваются и другие обитатели, участвующие в развитии почвенного ценоза: несколько сот видов беспозвоночных, бактерии, ускоряющие процесс гумификации, а также обогащение среды калием, азотом, фосфором, магнием в доступных для растений формах.

Травы, кустарники и деревья

Подбор растений для рекультивации почв представляет собой сложную проблему в том смысле, что они должны быть районированы, иметь мощную корневую систему и быстро расти.⁹

Во многих регионах РФ применяются исключительно методы лесной и сельскохозяйственной рекультивации, чаще всего, выращивают сосну или чёрный тополь. Но иногда исследователи и практики уходят от монокультуры и выращивают комплекс дружелюбных друг к другу растений, иногда до 38¹⁰. Часто посадка кустарников или деревьев сопровождается посевом сидератов или злаково-бобовой смеси трав. Делают это либо одновременно, либо весной на следующий год после осенней посадки кустарников и деревьев.

За рубежом активнее всего используется рогоз широколистный, в России и Украине его называют тростником. Рогоз размножается и распространяется преимущественно семенами, что упрощает его распространение при организации осеннего сбора початков.

Технологии размножения рогоза пока только складываются и ждут новых пытливых исследователей и экспериментаторов. Существуют и особые, специально составленные смеси семян трав, стимулирующих ускоренное развитие почвенного биоценоза.

Искусственный чернозём?

Теперь попытаемся ответить на вопрос: «Возможно ли было создание украинских чернозёмов людьми?». Или он действительно получался в течение многих тысячелетий примерно таким же образом, что и описан выше. Ведь для всех перечисленных операций особых научных знаний не требовалось.

Оказывается, в давние времена чернозём умели создавать индейцы Южной Америки. Признано, что весь чернозём Южной Америки искусственного происхождения.

Эту древнюю технологию сейчас усовершенствовали настолько, что в Германии на почти лишенной гумуса земле получают на третий год обычный для природного чернозёма слой более, чем в 60 см.

Но как же древние жители Латинской Америки сумели применять технологию, которую в настоящее время только-только начали развивать практически «с чистого листа»?

Сначала разберёмся с теориями происхождения украинского чернозёма.

Их три: морская, болотная и растительная.

Сторонники первой ссылаются на раковины, которые находят иногда в чернозёме. Вторая основывается на том, что чернозём естественным образом получается из перепревшего торфа. Согласно третьей, наиболее распространенной, чернозём получился в результате преобразования растительностью «материнских почв», прежде всего, лёсса.

Этой теории придерживался и выдающийся учёный-почвовед Василий Васильевич Докучаев (1846-1903). Но он отмечал, что замыкаться только на одном виде материнской основы было бы неправильно, поскольку, например, лёссы Китая или Средней Азии не преобразовались в чернозём естественным образом. Сама эта исключительность наводит на мысль, что здесь вполне вероятно искусственное происхождение чернозёма.

В 2005 году вышла книга, опровергающая господствовавшую концепцию, согласно которой заселение Америки шло исключительно через Берингов пролив примерно 20–25 тысяч лет тому назад и что это были дикие племена, которые в принципе не могли повлиять на окружающую среду¹¹.

Сомнения в этой концепции вызывало сельское хозяйство древней Америки, культурами и технологиями которого пользуется весь мир и без которых (кукуруза, томаты и прочие) человечество бы не выжило.

Часть этих технологий – искусственный чернозём, который по-португальски называется terra preta. По оценкам профессора Пенсильванского университета Кларка Эриксона, только в бассейне Амазонки проживало не менее 6 млн человек, которых нужно было кормить. (Для сравнения – в 1400 году население Франции было всего лишь вдвое больше).

К. Эриксон доказал, что экономической основой для этой потерянной цивилизации было увеличение плодородия почвы через выращивание искусственного чернозёма. Об этом свидетельствовало высокое наличие в ней активированного угля.

В отличие от почв бассейна Амазонки, большинство сельскохозяйственных угодий мира содержит ионизированные окислы и соли, которые удерживают на своей поверхности органику. Это облегчает выращивание растений, которым нужны органические вещества.

Известно, что распространённые повсеместно силикатные глинистые почвы сильно ионизированы, что и обеспечивает прилипание органики к частицам этой почвы. Нужно отметить, что чернозём химически нейтрален, он и не кислый, и не щелочной.

Увы, подобные почвы в бассейне Амазонки отсутствуют, поэтому, если бы не вмешательство человека, основная часть органических веществ вымывалась бы дождями. А ведь кукуруза требует питательных веществ больше, чем, например, пшеница или ячмень. Дополнительным аргументом для учёных было то, что в слое активированного угля terra preta на поверхности частиц угля они обнаружили высокую долю ионизированных молекул¹². Так что активированный уголь не только повышал содержание углерода, но и обеспечивал прилипание (адгезию) той органики, которая получалась вследствие разложения растительных остатков. Этим искусственный чернозём отличался от естественного, в котором чаще встречаются неперегнившие остатки корней.

При смыве органики почва становится непригодной для растениеводства. Причём бессмысленным становится даже применение химических удобрений, их тоже смоет¹³.

Активированный (древесный) уголь получался древними американцами при сжигании древесины и растительных остатков без доступа воздуха. Как известно, древесина состоит из целлюлозы и лигнина. При этом виде сжигания доступ кислорода ограничен, и вместо сгорания оба этих компонента разрушаются так, что остаётся свободный углерод.

Этот процесс учёные сейчас называют низкотемпературным пиролизом. Получаемый активированный уголь любой из читателей мог видеть в остатках костра.

Жители древней Амазонии вели пиролиз, первоначально вырубая деревья, а затем засыпая их слоем земли, с тем, чтобы ограничить доступ кислорода при горении. Получались гряды земли, которые в противопожарных целях разделялись каналами с водой. Эти технологии современным исследователям удалось в настоящее время воспроизвести¹⁴.

В США, в штате Джорджия даже создана специализированная компания Eprida Inc, которая выращивает чернозём на богатых железом красных почвах. Достижением в компании считают получение ими слоя чернозёма толщиной 16 см за 110 дней¹⁵.

Воспроизведение древней технологии выходит далеко за рамки исторической реконструкции. Никто не будет, например, регулярно повторять путешествие Тура Хейердала на плоту «Кон-Тики». Технология получения искусственного чернозёма принципиально важна для снижения объёмов использования химических удобрений. Кроме того, углерод, закопанный в землю, резко снижает содержание углекислого газа в атмосфере, а, следовательно, замедляет глобальное потепление.

Многие учёные склоняются к тому, что и тропические леса на берегах Амазонки (rainforests) не появились бы без вмешательства человека. Как знать, возможно, и плодородные украинские степи рукотворны. Чем не поле для исследований будущему биологу и историку?

---

¹ Разговоры о массовом вывозе чернозёма в Германию во время второй мировой войны последние данные не подтверждают. Было, действительно, сформировано несколько эшелонов, но часть их разбомбили, а часть так и не была отправлена.

² Пшеничников Р.А., Никитина Н.М. Получение концентрированной биомассы ряда почвенных бактерий для ускоренного микробного метода рекультивации шахтных отвалов // Ускоренная рекультивация земель с использованием высокоэффективной биотехнологии: сб. науч. тр. – Пермь, 1988. – С. 23–29.

³ Чекасина Е.В., Егоров И.В. Биологическая рекультивация нарушенных земель // Экология и промышленность России. – 2002. – С. 31–33.

⁴ Кожевников Н.В., Заушинцина А.В. Проблема ускоренного почвообразования в рекультивации нарушенных земель // Вестник Кемеров. гос. ун-та. – 2015. – № 1-2 (61). – С. 26–29.

⁵ Патент 2365077 РФ, МПК А01В 79/02. Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель / Сысоева Л.Н., Алексеева Т.П., Бурмистрова Т.И. [и др.]. – Патентообладатель ГНУ СИБНИИСХИТ СО РАСХН. – № 2008109426/12; заявл. 11.03.2008; опубл. 27.08.2009.

⁶ Для сибирских условий лучше всего работает препарат Фитоспорт разработки НГАУ, который предназначен не столько для растений напрямую, сколько для бактерий, фиксирующих азот.

⁷ Середина В. П., Андроханов В. А., Алексеева Т. П., Сысоева Л. Н., Бурмистрова Т. И., Трунова Н. М. Экологические аспекты биологической рекультивации почв техногенных экосистем Кузбасса // Вестник Томского государственного университета. Биология. – 2008. – № 2. – С. 61 – 72.

⁸ Ganihar S.R. Nutrient Mineralization and Leaf Litter Preference by the Earthworm Pontoscolex corethrurus on Iron Ore Mine Wastes // Restoration Ecology. – 2003. – № 11 (4): P. 475–482.

⁹ Макеева Н.А. Оценка продукционных процессов овса в условиях внесения гуматов калия и натрия на породный отвал // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.
Макеева Н.А. Изучение влияния гуматов натрия на динамику роста овса в условиях породного отвала угольного разреза // Там же.

¹⁰ Красавин А.П., Хорошавин А.Н., Катаева И.В. Биотехнологические аспекты рекультивации земель // Ускоренная рекультивация земель с использованием высокоэффективной биотехнологии: сб. науч. тр. – Пермь, 1988. – С. 5–14.

¹¹ Mann C. C.1491: New Revelations of the Americas Before Columbus, Knopf, 2005.

¹² Так называемые карбоксилатные группы соединений.

¹³ Michalovic M. Ancient Soil Chemists of the Amazon, ChemMatters, 2009, February, p. 7-9

¹⁴ Glaser B.; Woods W. I. Amazonian Dark Earths: Explorations in Space and Time, Springer, New York, 2004.

¹⁵ Lehmann J. et al. (Eds) Amazonian Dark Earths: Origin, Properties, Management, Kluwer, Dordrecht, 2003.

Ю.П. Воронов, кандидат экономических наук, член редколлегии журнала «ЭКО»