ПОДДЕРЖАНИЕ И РАСШИРЕНИЕБИОГЕОХИМИЧЕСКОГО ЦИКЛА УГЛЕРОДА

Важнейшим итогом анализа истории и значения круговорота углерода в биосфере является вывод о том, что постоянный приток С02 в атмосферу является необходимым условием высокой фотосинтетической продуктивности экосистем и накопления запасов энергии.

Удвоение, утроение урожаев и валовых сборов биопродукции лесов, пастбищ, лугов и особенно полей позволит значительно снизить темпы прироста углекислоты в атмосфере планеты и сохранить необходимую концентрацию кислорода. Создание высокопродуктивных мелиоративных оросительных систем в пустынях и полупустынях дополнительно на площади 400—500 млн. га позволило бы человечеству связывать ежегодно до 10 млрд, т антропогенной углекислоты, переводя ее на длительное время в био продукцию. Устойчивое увеличение образования различных органических веществ и их возврат в пахотные почвы дали бы возможность увеличить содержание гумусовых веществ в пахотном слое. При регулярном ежегодном проведении этих операций было бы возможно связывать каждый год на длительное время до 7—8 • 109 т углерода (в углекислоте это составляет ^ 20 • 109 т) и вместе с тем производить увеличенное количество биогенной углекислоты, необходимой для получения повышенного урожая. Озеленение городов, дорог, усадеб, особенно горных склонов играло бы сходную роль в расширении круговорота углерода, эмиссии кислорода, экстракции углекислоты из атмосферы, создания биомассы.

По подсчетам А.А.

Рис. 43. Дыхание почвы и содержание органических веществ

1 — Р внесен в слой 0—15 см; 2 — К внесен в слой 0—15 см; 3 — Р внесен в слой 15 —30 см; 4 — К внесен в слой 15 —30 см

Рис. 44. Дыхание почв и содержание в них углерода

1 - чернозем; 2 — глеевая почва (Damaska, Novak, 1979)

Рис. 45. Фотосинтез (Ф) листьев сахарной свеклы (песчаная культура)

1 — выращивание на полной питательной смеси ВНИС; 2 — то же при исключении калия; 3 — то же при исключении фосфора; 4 — при внесении 0,1 дозы азота (Ока- ненко, 1972) 210 • 109 т С02 и производит около 120 • 109 т 02. Естественными источниками углекислоты в природе, кроме вулканических эксгаляций, являются процессы дыхания, разложение органических веществ, их окисление главным образом в почвах, где сосредоточена основная масса живого вещества, посмертные остатки и метаболиты. Жизнь в почвах и разложение органических веществ являются главным источником углекислоты, поступающей в атмосферу.

Приток техногенной углекислоты в настоящее время составляет около 20 • 10* т и в перспективе около 40—50 • 109 т, что намного меньше природных поступлений. По существующим исследованиям А.А. Нечипоровича (1972а, б)gt; А.С. Оканенко (1972) 1 га хорошо развитых посевов расходует на фотосинтез 1,2—1,5 т С02 в день. За вегетацию это составляет в среднем около 150—200 т/га. С учетом потребностей лесов, пастбищ, второго урожая, отрастания отавы эта величина может достигать 330—350 т/га в год.

Таким образом, необходимо постоянное новообразование углекислоты почвенным покровом. А для этого необходимо постоянное обновление в почвах запасов гумуса и органических веществ. С другой стороны, столь же необходим обратный процесс — связывания углекислоты в' органическом веществе.

Эти цифры убеждают в том, что концентрация С02 в атмосфере находится на грани дефицита. Чем богаче почвы запасами свежего органического вещества: опада, корней, детрита и гумуса, тем активнее (при достаточной влажности и температуре) эта почва будет поставлять для растений углекислоту в приземный слой воздуха. Это хорошо видно на рис. 43, где показан рост дыхания почвы (поглощение 02 на образование С02) в зависимости от содержания в ней органических веществ. Особенно интенсивен процесс почвенного дыхания при внесении фосфорных удобрений на глубину 0—15—30 см. Недавно распаханные черноземные почвы богаты органическим веществом и гумусом, поэтому их способность образовывать С02 особенно велика —вдвое выше, чем глеевых почв (рис. 44, данные чехословацких исследователей).

В общем виде продуктивность фотосинтеза и урожаи всегда выше на почвах, богатых гумусом. Это установлено для почв СССР, Венгрии, США, Канады, Аргентины. Но при этом сохраняют значение физические свойства почв (структурность), обеспеченность влагой, теплом и питательными веществами.

Опыты со свеклой на песчаных культурах показали, что наибольшую депрессию фотосинтеза вызывает дефицит азота, меньше (но все-таки заметно) влияет дефицит фосфора и еще меньше сказывается дефицит калия (рис. 45). Окисление почвенной органики, постепенное разрушение гумусового горизонта эрозией, пыльными бурями, монокультурой без органических удобрений лишает растения агроэкосистемы энергии и притока углекислоты, абсолютно необходимых для формирования высокого урожая.

Таким образом, высококультурное высокопродуктивное земледелие, лесное, пастбищное и парковое хозяйство на научной основе решает важнейшие проблемы современности: создание изобилия продовольствия, охрана и улучшение состояния биосферы, предотвращение возможных катастрофических последствий увеличения концентрации углекислоты в атмосфере планеты.