Реферат: Царства почвы
“Чем пристальнее мы сможем сосредоточить внимание на чудесах и явлениях окружающего нас мироздания, тем меньше останется у нас желания их уничтожать”.
Рэчел Карсон родилась на ферме в Спрингдейле, небольшом сельскохозяйственном городке в штате Пенсильвания, 27 мая 1907 г. Любовь к живым существам была ей с раннего детства привита матерью. Р. Карсон окончила Пенсильванский женский колледж, затем получила степень магистра в Университете Джона Хопкинса в 1932 г., преподавала зоологию в Мэрилендском университете. В качестве источника дополнительного дохода (в США как раз разразился крупнейший экономический кризис, так называемая Великая Депрессия) Рэчел занялась журналистикой — сочиняла сценарии радиопередач и статьи по естествознанию для газеты «Балтимор сан». Позднее, в 1936-м, она поступила на государственную службу в Ведомстве рыб и диких животных США. В этой организации она проработала пятнадцать лет, поднявшись с должности рядового исследователя до главного редактора всех печатных изданий Ведомства.
Помимо многочисленных статей, научных и просветительских, за эти годы Рэчел Карсон написала три лирических книги о морской жизни: «На морском ветру» (1941), «Море вокруг нас» (1952) и «Граница моря» (1955). Книги прославили ее как автора, пишущего о природе, и принесли финансовую независимость, позволив оставить чиновничью службу. Рэчел Карсон хотела продолжить сочинение книг о чудесах и красотах мира природы, однако множество встречавшихся ей в работе и исследованиях фактов заставили ее изменить намерения и поначалу нехотя приступить к созданию, как впоследствии оказалось, главного труда ее жизни.
Дело в том, что неумеренное использование синтетических пестицидов и других искусственных химических веществ после Второй мировой войны все ширилось. Рэчел Карсон сумела одной из первых не только увидеть угрозу для всех живых существ на планете, но и собрать воедино множество фактов, убедительно и с большой художественной силой изложив их в книге, получившей название “Безмолвная весна” (само название уже представляет собой впечатляющий образ — весна без певчих птиц, убитых пестицидами) и появившейся на свет в 1962 году. Речь в книге шла не просто о злоупотреблении отдельными веществами, но о необходимости пересмотра всего подхода людей к природе, о смертельной опасности потребительского к ней отношения.
Ставшая источником переворота в мировоззрении для многих и многих, “Безмолвная весна” вызвала одновременно бурю протеста со стороны химических компаний, производящих пестициды, и одобряющих их использование правительственных чиновников. Буквально каждая фраза вызывала бурные споры; книгу пытались ошельмовать. В то же время она снискала восемь престижных литературных премий. В 1963 году Карсон была вызвана для дачи показаний в американский Конгресс, где призывала к изменению политики в области охраны природы и здоровья людей. А год спустя, в 1964-м, не старая еще Рэчел Карсон скончалась от рака груди, пораженная той самой болезнью, распространению которой столь способствовали синтетические химикаты.
“Безмолвная весна” не сходит с прилавков книжных магазинов и поныне — для научно-публицистической книги это невероятно долгий срок жизни. Он стал таковым не только благодаря концептуальной новизне “Безмолвной весны”, возглавляющей списки современной природоохранной классики (помимо всего прочего, именно в ней впервые введен термин “экосистема”), но и благодаря писательскому таланту Рэчел Карсон, логике и красоте изложения ею своих мыслей.
***
От тонкого слоя плодородной почвы, пестрым лоскутным одеялом укрывающего континенты, зависит само существование и нас, людей, и всех остальных сухопутных животных. Без почвы не могли бы произрастать в их нынешнем виде наземные растения, а без растений животным не прожить.
Однако если наша основанная на сельском хозяйстве жизнь зависит от почвы, в равной степени справедливо и то, что почва зависит от живых существ, поскольку ее происхождение и сохранение ее истинной природы непосредственно связаны с растениями и животными. Ибо почва — это в некотором роде порождение жизни, возникшее в чудесном взаимодействии живого и неживого долгие эпохи назад. Вещества-породители собирались воедино, извергаясь огненными потоками из жерл вулканов, оставаясь на голых скалах континентов, после того как вода истачивала даже прочнейший гранит, а резцы мороза и льда раскалывали и дробили скалы. Следом живые существа принялись творить свое созидательное волшебство и мало-помалу эти инертные вещества стали почвой. Лишайники, первый покров скал, своими кислотными выделениями способствовали процессу дезинтеграции, подготавливая место для укоренения другой жизни. В крошечных кармашках примитивной почвы — почвы, образованной разложившимися частицами лишайников, трупиками мелких насекомых, отходами жизнедеятельности начинающей выходить из моря фауны — угнездились мхи.
Живые существа не только формировали почву, но теперь уже и поселялись в ней в несметном изобилии и разнообразии; окажись иначе, почва была бы мертвой и бесплодной. Своим присутствием и деятельностью мириады живущих в почве организмов наделяли ее способностью питать зеленое одеяние Земли.
Почва существует в состоянии непрерывных изменений, участвуя в циклах, которым нет ни начала, ни конца. Новые вещества постоянно вносятся в нее из разрушающихся камней, гниющей органики; дождь приносит с неба азот и другие газы. В то же время другие вещества изымаются из почвы, одалживаемые во временное пользование живыми созданиями. Непрерывно происходят тонкие и чрезвычайно важные химические изменения, в которых элементы, пришедшие из воздуха и воды, преображаются в формы, пригодные для использования растениями. Во всех этих изменениях активно участвуют живые организмы.
Немного есть видов исследовательской работы, столь захватывающих, и в то же время остающихся в таком небрежении, как изучение популяций живых существ, теснящихся в царстве почвы. Слишком мало мы знаем о нитях, связывающих почвенные организмы друг с другом и с миром, их окружающим, а равно и с миром наверху.
Может быть, самые важные из почвенных организмов — мельчайшие, невидимые полчища бактерий и нитевидных грибов. Попытка оценить статистически их изобилие тотчас приводит нас к астрономическим числам. В чайной ложке почвы из верхнего слоя могут содержаться миллиарды бактерий. Несмотря на их крошечный размер, общий вес войска бактерий на одном акре (0,405 га) плодородной почвы в ее верхних тридцати сантиметрах может достигать тысячи фунтов (453 кг). Лучистые грибы, растущие в виде длинных нитей, несколько менее многочисленны, чем бактерии, однако, поскольку они крупнее, их общий вес в данном объеме почвы может оказаться не меньше. Вместе с крошечными клетками так называемых сине-зеленых водорослей все это составляет микроскопическую растительную жизнь почвы.Бактерии, грибы и водоросли — основные участники процесса гниения: разложения останков растений и животных на составляющие их минералы. Титанический круговорот химических элементов, таких, как углерод и азот, совершающийся в почве, воздухе и живых тканях, не мог бы происходить без микроскопических растений. Например, без азотфиксирующих бактерий многоклеточные растения страдали бы от азотного голодания, находясь при этом в переполненном азотом воздухе. Другие организмы образуют двуокись углерода, которая, становясь угольной кислотой, участвует в растворении скальных пород. Третьи почвенные микроорганизмы осуществляют разнообразные окислительно-восстановительные реакции, посредством которых такие минералы, как железо, сера и марганец, преобразуясь, становятся доступны растениям.
В изрядном количестве присутствуют также в почве микроскопические клещи и примитивные бескрылые насекомые, именуемые ногохвостками. Невзирая на небольшой размер, они играют важную роль в разложении останков растений, участвуя в неспешном преображении сыплющегося на лесную землю мусора в почву. Специализированность некоторых из этих миниатюрных созданий почти невероятна. Некоторые виды клещей, например, могут вступать в жизнь только внутри опавших еловых иголок. Укрывшись там, они поедают внутренние ткани иголочек. Когда клещи закончат свое развитие, от иголок останутся только верхние слои клеток. Поистине ошеломляющая задача — управиться с огромным количеством растительного материала, содержащегося в опадающей ежегодно листве — достается некоторым из мелких насекомых, обитающих в почве и на поверхности земли в лесу. Они размягчают и переваривают листья, а также участвуют в процессе внесения переработанного продукта в верхний слой почвы.
Конечно, кроме всей этой орды мелких, но занятых непрерывным трудом созданий, существует и много более крупных форм, поскольку жизнь в почве представлена всем диапазоном от бактерий до млекопитающих. Некоторые из них — постоянные обитатели темных глубинных слоев; некоторые залегают в спячку или проводят определенные стадии жизненного цикла в подземных камерах; некоторые свободно курсируют из своих нор во внешний мир и обратно. Взятые в целом, все эти почвенные обиталища способствуют насыщению земли воздухом, дренажу и проникновению в нее воды сквозь слой растительной жизни.
Из всех относительно более крупных обитателей почвы нет, вероятно, более важного, чем дождевой червь. Свыше трех четвертей века назад Чарльз Дарвин опубликовал книгу под названием “Образование растительного перегноя в результате деятельности червей, а также наблюдения за их привычками”. В ней он впервые познакомил мир с фундаментальной ролью дождевых червей как геологического фактора, играющего роль в переносе почвы, обрисовал, как скальные поверхности постепенно покрываются тонким слоем земли, приносимой снизу червями в количестве, достигающем в наиболее благоприятных для них зонах многих тонн на акр. В то же время черви втягивают в свои норки и смешивают с землей большое количество органического материала, содержащегося в траве и листьях (до двадцати фунтов на квадратный ярд за шесть месяцев). Расчеты Дарвина показали, что деятельность дождевых червей может увеличить слой почвы на толщину от одного до полутора дюймов (2,5-3,8 см) за десятилетний период. И это еще никоим образом не все: их норки аэрируют почву, способствуя проникновению в нее влаги и корней растений. Органика разлагается, проходя сквозь пищеварительные тракты червей, а продукты их выделения обогащают почву.
Итак, почвенное сообщество представляет собой паутину переплетающихся жизней, каждая из которых так или иначе связана с другими — живые существа зависят от почвы, но и почва остается необходимейшим элементом планеты лишь до тех пор, пока в ней процветает живое сообщество.
Проблема, интересующая нас здесь, до сих пор привлекала к себе мало внимания: что происходит с этими многочисленными и жизненно важными обитателями земли, когда в их мир попадают ядовитые химикаты, вносимые туда либо непосредственно, в качестве “стерилизаторов” почвы, либо попадающие в нее вместе с дождем, насыщающимся смертоносными веществами, когда он просачивается сквозь лиственный покров садов и посевов? Разумно ли предположить, что мы можем применить инсектицид широкого спектра действия, например, чтобы уничтожить под землей личинок насекомых, портящих урожай, и при этом не убить заодно “полезных” насекомых, которые могут играть важнейшую роль в разложении органики? Можем ли мы использовать неспецифический фунгицид, не убив грибки, обитающие в обоюдовыгодном союзе в корнях многих деревьев и помогающие им извлекать из почвы питательные вещества?
Очевидная истина состоит в том, что этой важнейшей частью экологии почвы по большей части пренебрегают даже ученые и почти полностью ее игнорируют контролирующие органы. Химические методы борьбы с насекомыми основаны, по-видимому, на предположении, что почва способна выдержать и выдержит любое количество оскорблений ядохимикатом, не нанеся удара в ответ. Сама природа почвенного мира почти полностью игнорируется.
Из немногочисленных проведенных исследований постепенно вырисовывается картина воздействия пестицидов на почву. Неудивительно, что эти исследования не всегда согласуются между собой, потому что количество видов почвы столь велико, что воздействие, наносящее ущерб одному виду, может оказаться безвредным для другого. Светлые песчаные почвы куда более уязвимы, чем гумусные. Сочетание нескольких химических веществ, по-видимому, воздействует сильнее, чем каждое из них в отдельности. Несмотря на разнообразие результатов, накапливаются, по-видимому, достаточно веские свидетельства вреда, получающие признание многих ученых.
При определенных условиях затрагиваются химические превращения и трансформации, лежащие в самом сердце живого мира. Один из примеров — нитрификация, процесс, в результате которого атмосферный азот становится доступен растениям. Гербицид 2,4-Д вызывает временное прекращение нитрификации. В недавних экспериментах, проведенных во Флориде и Индиане, было показано, что линдан, гептахлор и ГХБ (гексахлорбензол) тормозят нитрификацию, проведя в земле всего две недели, причем ГХБ и ДДТ оказывают значительное угнетающее влияние даже спустя год после обработки. Другие эксперименты подтвердили, что ГХБ, альдрин, линдан, гептахлор и ДДД (одно из производных ДДТ) не позволяют азотфиксирующим бактериям образовывать необходимые узелки на корнях бобовых растений. Серьезно подрывается малопонятная, но несомненно благоприятная связь между грибками и корнями высших растений.
Иногда проблема состоит в нарушении тонкого равновесия в популяциях, посредством которого природа достигает своих далеко идущих целей. Вспышка размножения у какого-либо из обитающих в почве организмов, которая происходит, когда другие организмы подавляются инсектицидами, нарушает отношения “хищник — жертва”. Такие нарушения легко могут затронуть метаболическую активность почвы и изменить ее производительность. Они могут также привести к тому, что потенциально вредоносные организмы, ранее сдерживавшиеся, выйдут из-под действия механизмов естественного контроля и превратятся во вредителей.
Одно из наиболее важных качеств инсектицидов, о котором следует помнить, внося их в почву — это их длительная устойчивость, измеряющаяся не месяцами, но годами. Альдрин обнаруживается в земле спустя четыре года: следовые количества самого вещества и в большем объеме — его производное, дильдрин. В песчаных почвах спустя десять лет после применения токсафена его все еще оставалось достаточное количество, чтобы убивать термитов. Гексахлорбензол сохраняется как минимум в течение одиннадцати лет; гептахлор или его еще более токсичные производные — как минимум девяти. Хлордан был выделен из земли через двенадцать лет после применения в количестве, достигающем 15 % от первоначального.
Инсектициды, применяемые, казалось, в умеренных количествах, за несколько лет способны накапливаться в почве до фантастических величин. Поскольку хлорсодержащие углеводороды стойки и долговечны, каждое их применение лишь прибавляется к количествам, использованным ранее. Старая легенда о том, что “один фунт ДДТ на акр (0,453 кг на 0,405 га) совершенно безвреден” совершенно лишается смысла, если опрыскивание не однократное. На участках картофеля было найдено до 15 фунтов (6,8 кг) ДДТ на акр, на участках кукурузы — до 19 (8,6 кг). В клюквенном болоте, за которым вели наблюдение, обнаружилось в одном акре 34,5 фунта (15,6 кг). Наибольшую же, по-видимому, степень загрязнения показала земля из яблоневых садов, где ДДТ накапливался в количестве, почти совпадающем с количеством его ежегодного применения. Всего за один сезон, если сады опрыскивались четыре или более раз, ДДТ может скопиться на одном акре от 30 до 50 фунтов (13,6-22,65 кг). При опрыскивании в течение нескольких лет концентрация пестицида между деревьями составляла от 26 до 60 фунтов (11,8-27,2 кг) на акр, а под деревьями — до 113 фунтов (51,2 кг).
Классический случай отравления почвы практически навечно — применение мышьяка. Хотя с середины 1940-х годов мышьяк практически не применяется для обработки растущего табака, вытесненный синтетическими органическими пестицидами, содержание мышьяка в сигаретах, сделанных из выращенного в Америке табака, увеличилось с 1932 по 1952 год более чем на 300 %. Более поздние исследования обнаружили увеличение уже до 600 %. Доктор Генри С. Саттерли, известный авторитет по токсикологии мышьяка, говорит, что, хотя органические инсектициды почти полностью заменили мышьяк, табачные растения продолжают вбирать старый яд, потому что почва табачных плантаций ныне полностью пропитана тяжелым и практически нерастворимым ядом — арсенатом свинца. Этот последний продолжает высвобождать мышьяк в растворимой форме. Почва на значительной части территорий, засеянных табаком, подверглась, по словам доктора Саттерли, “кумулятивному и почти не уменьшающемуся отравлению”. В табаке, выращенном в странах восточного Средиземноморья, где инсектициды на основе мышьяка не применялись, не обнаружено такого увеличения содержания мышьяка.
Таким образом, мы сталкиваемся со второй проблемой. Нас должно заботить не только то, что произойдет с почвой; нужно еще заранее подумать — до какой степени инсектициды окажутся способны переходить из почвы в ткани растений. Многое зависит от типа почвы, растительной культуры, типа и концентрации инсектицида. Почва, богатая органическими веществами, высвобождает меньшие количества яда, чем другие типы почв. Морковь поглощает инсектицидов больше, чем любая другая изученная культура; если же инсектицид окажется линданом, то концентрация его в моркови окажется выше, чем в почве. В будущем, возможно, окажется необходимо анализировать почву на наличие инсектицидов, прежде чем высаживать в нее определенные виды растений. Иначе даже те растения, которые непосредственно не обрабатывались, просто могут извлечь из почвы достаточно инсектицидов, чтобы это сделало их непригодными для продуктового рынка.
Именно эта разновидность загрязнения уже создает бесконечные проблемы по крайней мере для одного ведущего производителя детского питания, не пожелавшего покупать овощей или фруктов, при выращивании которых использовались токсичные инсектициды. Соединением, причинившим наибольшие хлопоты, оказался гексахлорбензол, который концентрируется в корнях и клубнях растений, возвещая о своем присутствии затхлым привкусом и запахом. Сладкий картофель, выращенный на калифорнийских полях, где ГХБ использовался два года назад, содержал это вещество, и его пришлось отвергнуть. В один год, когда фирма заключила контракт в Южной Каролине на все требуемое ей количество сладкого картофеля, такой процент земель этого штата оказался загрязненным, что компании пришлось делать закупки на открытом рынке со значительными финансовыми потерями. На протяжении многих лет пришлось отвергнуть очень большое число фруктов и овощей, выращенных в разных штатах. Наиболее упорной показала себя проблема, связанная с арахисом. В южных штатах арахис обычно выращивают по ротационной схеме, чередуя его с посевами хлопка, на которых интенсивно используют ГХБ. Выращенный впоследствии на этих почвах арахис накапливает значительные количества инсектицида. Даже следовых количеств уже достаточно, чтобы появились предательские запах и привкус. Вещество проникает в плоды-орешки и не может быть оттуда выведено. В процессе переработки затхлость отнюдь не ослабевает, а иногда, напротив, усиливается. Единственный путь для производителя, решившего освободиться от ГХБ — это полностью не использовать продукцию, выращенную с применением этого вещества, или на загрязненных им почвах.
Иногда под угрозой оказываются сами сельскохозяйственные культуры — и угроза сохраняется до тех пор, пока почва загрязнена инсектицидом. Некоторые инсектициды поражают чувствительные растения, такие, как, например, бобы, пшеницу, ячмень или рожь, тормозя рост корней или замедляя развитие ростков. Примером может послужить опыт производителей хмеля в штатах Вашингтон и Айдахо. Весной 1955 года многие из этих производителей приняли крупномасштабную программу борьбы с земляничным корневым долгоносиком, личинки которого в изобилии расплодились на корнях хмеля. По совету сельскохозяйственных экспертов и производителей инсектицидов, хмелеводы избрали в качестве средства против долгоносика гептахлор. Спустя год после применения гептахлора плети растений на обработанных хмельниках стали чахнуть и умирать. На полях, где обработку не проводили, все оставалось в порядке; на границе между обработанными и необработанными участками недуг исчезал. Ценой больших расходов холмы были засажены хмелем заново, но на следующий год новые корни тоже отмерли. Четыре года спустя почва все еще содержала гептахлор, и ученые не могли предсказать, как долго он сохранит ядовитость, или предложить хоть какое-то средство поправить положение вещей. Федеральный Департамент сельского хозяйства, который только в марте 1959 года обнаружил, что находится в странном положении, все еще декларируя пригодность гептахлора для обработки почвы под хмель, и наконец-то отменил лицензирование этого вещества для такого использования. Хмелеводы между тем пытались по возможности возместить свои издержки через суд.
Пока применение пестицидов не прекращается и практически неуничтожимые вещества продолжают накапливаться в почве, почти с полной уверенностью можно сказать, что впереди у нас неприятности. К этому мнению единогласно пришла группа специалистов, собравшихся в Сиракузском университете в 1960 году, чтобы обсудить экологию почвы. Эти люди подытожили угрозу, представляемую использованием “столь могучих и плохо понимаемых инструментов”, как химические соединения и излучение, следующими словами: “Всего несколько ошибочных шагов со стороны человека могут привести к полному разрушению производительных сил почвы, и тогда планета вполне может достаться членистоногим”.