В ряде высказываний о становлении и развитии почвенного плодородия, начиная с В. Р. Вильямса, принято считать, что плодородие не свойственно геологическим породам, что оно является исключительным результатом почвообразования.
Известно, что многие горные породы лишены эффективного плодородия для высших растений. Сюда относятся не затронутые выветриванием плотные горные породы, их скалистые обнажения. Процесс почвообразования, идущий под главным влиянием растительности, намного повышает плодородие рыхлых субстратов, если даже в исходный момент почвообразования, т. е. перед поселением растительности на рыхлых горных породах, они имели относительно высокий запас минеральной пищи — лёссы, глинистые продукты выветривания щелочных и нейтральных пород и т. п. Почвообразование — мощный фактор развития плодородия. Плодородие является его важнейшей функцией, важнейшим качеством и свойством.
Однако следует признать полную законность экологической оценки плодородия горных пород. Мнение об отсутствии плодородия у незатронутых почвообразованием горных пород, особенно у рыхлых продуктов выветривания, требует внесения крупных поправок. Обнажение горных пород и их свежие наносы во многих случаях, еще до начала почвообразования, способны заселяться растительностью, зачастую высшей, в том числе и древесной, которая, поселяясь на субстратах, лишенных почв, может давать относительно высокую производительность: сосна на молодых песчано-эоловых наносах и на обнажениях многих других горных пород; белая акация и другие азотсобиратели на лёссовых обнажениях оврагов, тополи и ивы на свежих аллювиальных наносах речных пойм и т. п.
Равным образом в составе и производительности растительных сообществ, занимающих развитые почвы, нетрудно найти отражение особенностей материнской горной породы. Леса на песках, супесях и суглинках резко различны между собой. Кислые горные породы — граниты, гнейсы, песчаники, глинистые сланцы, а также основные и щелочные породы — базальты, андезиты, габбро, известняки, мел даже при климатически однотипных почвах дают различные типы леса. Следовательно, представление о почвенном плодородии не должно полностью перекрывать представление о горных породах и о их плодородии.
Взгляд на лес и на его среду — климат и почву с точки зрения плодородия является важным для лесовода, так как в этом случае речь идет об оценке среды с помощью урожая растений.
В лесном хозяйстве мы сталкиваемся преимущественно с категориями естественного плодородия. Однако не только естественный, но и искусственный лес должен сам, без значительной помощи со стороны человека, повышать свое плодородие и оказывать мелиорирующее влияние на климат и почву соседних полей. Только при оросительной или осушительной мелиорации лесов, в случае известкования лесных почв, и внесения удобрений, мы имеем дело с окультуриванием лесных почв, т. е. с искусственным их плодородием, являющимся непосредственным продуктом труда.
Карл Маркс рассматривает плодородие прежде всего как плодородие природы, как исходную точку, основу, от которой начинается изменение плодородия под влиянием «общественной производительной силы труда». В естественном плодородии Маркс различает разные его стороны — климатическую, почвенную и другие, а также потенциальное и эффективное плодородие почвы. Рассматривая почвенное плодородие, он делит его по степени интенсивности, начиная от низких степеней до высоких. различает в нем две стороны — физическую и химическую.
Понятие естественного плодородия обычно относят только к почве. Между тем Маркс, как мы только что отметили, рассматривает его гораздо шире. Созданные Марксом понятия о «плодородии природы», «плодородии климата» дают возможность полнее и глубже разобраться в относящихся сюда явлениях и имеют большое значение не только для экономических, но и для биологических наук, в частности для лесоводства и лесного почвоведения.
Плодородие естественной породы слагается по крайней мере из трех категорий: плодородия растения, плодородия климата и плодородия почвы. Рассмотрим каждую из них в отдельности.
Плодородие растения — самая общая категория. Речь идет о том, что одни виды, разновидности, сорта растений, породы деревьев более продуктивны, более урожайны, чем другие. В данном случае плодородие чаще всего рассматривается как синоним продуктивности (урожайности) данного вида или сорта растений.
Плодородие (продуктивность) лесных пород характеризуется объемными единицами прироста древесины на единицу площади и времени (м3 на 1 га в 1 год). Породы первой величины наиболее плодородны (продуктивны), за ними следуют породы второй и третьей величины и, наконец, кустарники, производящие наименьшие запасы древесины. В лесоводстве существует и другой практический подход к оценке плодородия (продуктивности) — по быстроте роста в первые годы или два-три десятилетия жизни. С этой последней точки зрения более плодородными (быстрорастущими) могут явиться не только деревья первой величины, но и деревья второй и третьей величины (например, серая ольха, некоторые древовидные и кустарниковые ивы). Наоборот, медленнорастущие в молодом возрасте деревья первой величины (пихта, ель и др.) отойдут в этом случае в категорию менее плодородных (медленнорастущих) пород.
Плодородие климата — общепринятая в практике категория. почти не требующая пояснений. Чем теплее и влажнее климат, чем продолжительнее вегетационный период и меньше метеорологических крайностей (жара, засуха, морозы, заморозки и т. п.), тем климат плодороднее для растений.
Плодородие почвы — наиболее употребительная в практике категория. Она более подробно, чем другие, разработана в науке. Под почвенным плодородием понимают «способность почвы удовлетворять потребности растений в земных факторах жизни — воде и пище». Перенося эту формулировку на климатическое плодородие, можно сказать, что последнее есть способность климата удовлетворять потребности растений в освещении и тепле.
Степень климатического и почвенного плодородия мы оцениваем наиболее точно по урожайности растений. Культивируя одно и то же растение на различных почвах, но в одинаковом климате, мы получаем возможность дать оценку плодородию почв. И, наконец, культивируя разные растения в одинаковых климатических и почвенных условиях, мы получаем возможность оценить плодородие (продуктивность, урожайность) самих растений, их видов и сортов.
Обратим внимание на то, что во всех случаях при оценке климата, почвы, самого растения или других сторон и категорий плодородия, постоянным критерием оценки выступает растение, его урожай, продуктивность. Урожай — абсолютный критерий плодородия во всех случаях, для всех сторон и категорий плодородия. Раз это так, значит плодородие является экологической категорией, т. е. моментом отношения между растением и его средой.
Так как оценку плодородия производят на основе урожая, а урожай есть результат (итог, конечный этап) взаимоотношений между растениями и средой, то и плодородие мы должны представлять себе как итоговую (логическую) категорию оценки взаимоотношений растения и среды на этапе, соответствующем завершенному циклу онтогенеза, естественной спелости растений. Например, в зерновом хозяйстве, где урожай собирают в стадии отмирания вегетативных органов растения. В других же случаях урожай соответствует неполному, незавершенному циклу онтогенеза. Сюда относится главная рубка леса и некоторые случаи полеводства, например сбор кукурузы на силос в стадии молочной или восковой спелости ее семян и т. п.
Определений (дефиниций, категорий) плодородия может быть бесчисленное множество, так как каждая из его сторон заслуживает рассмотрения и оценки. В практических целях является существенным рассмотрение хотя бы важнейших его сторон, данных в виде взаимно переходящих (пересекающихся) противоположностей. В разных точках таких переходов-пересечений находят себе место конкретные случаи плодородия, разные урожаи.
Здесь кратко рассмотрены противоположности: 1) плодородия растения; 2) плодородия среды; в пределах последней отмечены различия; 3) плодородия климата и 4) плодородия почвы. В пределах климатического плодородия можно в соответствии с ранее изложенными представлениями классификации местообитаний различать его частные категории: 1) термогенное и 2) гигрогенное, 3) контрастно-термогенное и 4) контрастно-гигрогенное. В пределах почвенного плодородия различают: 1) плодородие трофогенное — химическое и 2) гигрогенное — физическое. 3) литогенное, определяемое свойствами материнской природы, и 4) биогенное, определяемое почвообразовательным процессом. В ряде случаев полезно различать удельное плодородие почвы — количество питательных веществ (в простейшем случае — мелкозема) на единицу веса и объема почвы — и валовое, отражающее весь их запас в почве — ризосфере растений.
Для лесоводства очень важны установленные К. Марксом категории потенциального и эффективного плодородия. Первое из них в применении к почве определяется валовым запасом питательных веществ почвы, второе — наличием подвижных питательных веществ, доступных для растения, а также присутствием активных агентов плодородия и полезной почвенной микрофлоры, условиями для жизнедеятельности организмов в почве, — физическими свойствами, структурой, водным и воздушным режимом и т. п. Категории потенциального и эффективного плодородия могут быть применены также к оценке климата и самого растения.
Другой общей категорией плодородия являются его качественно-количественные стороны. Мы уже отмечали, что понятие плодородия чаще всего опирается на конкретное представление о количестве урожая, измеренного в весовых или объемных единицах (например, в кубометрах древесины). Растения, почвы и климат тем плодороднее, чем большее количество урожая на единицу площади в центнерах, тоннах, кубометрах они дают. Но это только одна — количественная сторона плодородия. Урожай же имеет и свою качественную сторону. Не останавливаясь на самом простом примере, когда речь идет о разных древесных породах, дающих древесину разного качества, упомянем о случае, когда рассматривается урожай древесины одной и той же древесной породы, растущей на разных почвах. При этом бросается в глаза различие в качестве древесины, определяемое ее анатомическим строением и химическими свойствами в зависимости от разных почв. Если расширить рамки изучения плодородия за пределы чистых (однопородных) насаждений и рассмотреть с этой точки зрения смешанные, особенно естественные насаждения (например, коренные древостой, субори, дубравы и другие типы леса), то станет совершенно ясным, что количественное. нарастание почвенного плодородия сопровождается появлением качественных его изменений. Они отражаются в появлении (реже — исчезновении) в составе биоценоза отдельных видов растений. Возникающие на основе количественных изменений качественные изменения плодородия сопровождаются в дальнейшем иными количественными закономерностями (например, те изменения, которые мы наблюдаем в боровом ряду).
В естественном плодородии различают две разновидности — общее и частное. Когда оценивают плодородие почвы безотносительно к какому-либо определенному растению, имеют дело с общим почвенным плодородием. Представление о высоком плодородии чернозема и низком плодородии песчано-степных почв, солонцов, солончаков — типичный пример категорий общего почвенного плодородия. Общее плодородие наиболее ярко выступает при изучении растительных сообществ. Экологический ряд нарастания плодородия почвы от песков к суглинкам и глинам, сопровождающийся переходом боров в дубравы, является конкретным примером ряда общего плодородия, различных его градаций.
Но существует также и противоположная категория — частное плодородие почвы, определяемое на основе специфики каждого отдельного вида или сорта растения, его особыми (видовыми, сортовыми, породными) потребностями. Так, например, бобовые растения, как правило, не нуждаются в почвах, богатых связанным азотом, так как с помощью клубеньковых бактерий они усваивают свободный азот, содержащийся в почвенном воздухе. Наоборот, растения-нитрофилы (ильмовые, бузина, крапива, большинство злаков и др.) требуют большого количества связанного азота в почве. Однако несмотря на противоположную специфику бобовых и нитрофилов, они отзываются на разные градации общего плодородия так же, как и все остальные растения. Среди них, так же как и среди других растений, есть олиго-, мезо — и мегатрофы, ксеро-, мезо — и гигрофиты. Следовательно, общее плодородие выступает в единстве с частным плодородием, оба они — лишь две стороны одного и того же явления.
Представление о частном плодородии, как более конкретное, исторически предшествовало представлению об общем плодородии. Так, Френсис Бэкон в трактате «Sylva sylvarum» (1627) утверждал, что каждый растительный вид питается специфическими веществами, причем эти вещества — «почвенные соки» необязательны для других видов растений. В данном случае перед нами точка зрения частного плодородия, полностью исключающая общее плодородие. Для своего времени она была прогрессивной, так как устанавливала неприемлемость монокультуры и обосновывала практическую целесообразность плодосмена в растениеводстве.
В противоположность точке зрения Бэкона английский агроном XVIII в. Джетро Тулль (Jetro Tull, “The horse holing industry”, London, 1731) категорически отрицал точку зрения частного плодородия. По его мнению, «все растения поглощают все, что им попадается в почве, хорошее и плохое, все виды растений питаются одними и теми же веществами», а именно — мельчайшими частицами почвы. На этом основании Тулль отрицал необходимость плодосмена.
Это была абсолютизация представления об общем плодородии. Но она, подобно бэконовской концепции, также имела и прогрессивную сторону для своего времени. Исходя из своих теоретических положений, Тулль утверждал, что плодородие почвы может быть поднято рациональной обработкой, применением черных паров, созданием мелкокомковатой структуры, рядковыми посевами, внесением навоза. Следовательно, он теоретически обосновал более интенсивные формы земледелия и расчистил путь для открытия общего для всех зеленых растений процесса фотосинтеза.