Геологическая сила земледелия: концепции Гумбольдта, Лайеля и Либиха

Научный интерес к экологической роли земледелия вполне объясним. С неолитической революции освоение земель под сельское хозяйство стало главным способом изменения природных ландшафтов планеты. Особенно сильно меняется ландшафт при распашке: это влияет на растительность, почву и водный режим территории. На протяжении истории площади пахотных угодий в мире постоянно росли — по мере развития технологий в оборот вовлекались новые земли, что помогало обеспечивать растущее население. В итоге во многих подходящих для земледелия регионах пашни расширились сверх экологически допустимых норм, из-за чего начались процессы деградации. Рост антропогенной нагрузки на природу из-за растущих потребностей населения привёл к серьёзным экологическим проблемам — сокращению природных экосистем и потере биоразнообразия.

Изучение того, как сельское хозяйство влияет на природу, сейчас особенно актуально — поэтому важно разобраться, как в этой области развивались научные представления. Учёные-естествоиспытатели проявили интерес к влиянию цивилизации на природу и роль земледелия в изменении облика Земли ещё в первой половине XIX века. Этому способствовал огромный прогресс в естественных науках и социально-экономической обстановке того времени — она во многом определила, как складывались отношения между сельским хозяйством и природой в регионах Старого и Нового Света.

До XVII века в Европе земледелие развивалось экстенсивно — за счёт расширения обрабатываемых площадей. Потом акцент сместился на интенсивное использование уже освоенных земель: улучшили севооборот, стали активнее применять органические удобрения, внедрять новую технику, выводить новые сорта растений и породы животных, выращивать кукурузу и картофель. Промышленная революция, начавшаяся в Великобритании в конце XVIII века, подтолкнула к научно обоснованной интенсификации земледелия: в растениеводстве стали применять минеральные удобрения, мелиорировать почвы и совершенствовать пахотные и другие орудия.

Важные технические новшества XVIII века — рядовая сеялка и конная мотыга, а с 1767 года началось промышленное производство пахотных орудий. Отвальная вспашка помогла задействовать ранее недоступные питательные вещества почвы.

Вместо традиционной трёхпольной системы (озимые — яровые — пар) в XVIII веке в Великобритании, а затем и в других странах, распространилась четырёхпольная норфолкская система (бобовые — пшеница — корнеплоды — ячмень). Она выросла из выращивания корнеплодов (турнепса, брюквы) и многолетних бобовых (клевера) и позволила повысить продуктивность земель и обеспечить кормами скот — без него нельзя было использовать новую технику.

Развитие транспорта и картографии в середине XVIII века помогло осваивать лесные территории — так сельское хозяйство расширилось экстенсивно.

Научные биологические исследования в конце XVII — первой половине XVIII века почти не влияли на земледелие: изменения происходили благодаря постепенному улучшению традиционных методов самими земледельцами в благоприятных экономических условиях.

У развития сельского хозяйства, конечно, были экологические последствия:

-    из-за расширения пашен сократились площади лесов (особенно до конца XIX века в умеренных широтах);

-    четырёхпольный севооборот увеличил посевные площади в полтора раза, но уничтожил участки нетронутой природы, которые сохранялись при трёхпольной системе;

-    распространение металлического плуга усилило эрозию почвы.

Эти изменения привлекли внимание крупных учёных-естествоиспытателей первой половины XIX века.

В первой половине XIX века наука сильно изменилась: она перешла от простого описания явлений и сбора данных к изучению природных процессов, взаимосвязей и закономерностей. Основа этого перехода — идеи целостности и развития природы.

Ещё в конце XVIII века учёные стали отходить от механистической картины мира, где целое считали суммой частей. Вместо этого появилось представление о единстве природных систем: важнее стало понимать взаимодействие элементов и обратные связи между ними. В науке интерес сместился с механических явлений на динамические процессы.

Большую роль в развитии идеи единства природы в то время сыграла немецкая натурфилософия. Её представители выступали против чистого механицизма и эмпиризма, считая, что познание природы требует не только опыта, но и умозрительных рассуждений. Ещё одна важная черта науки того времени — исторический подход: учёные начали воспринимать природу как единый процесс развития. На это повлияли романтизм, а также новые данные в биологии и геологии — они не укладывались в представления о неизменяемости природы. Так к середине XIX века сформировались концепции, рассматривающие природу как единое развивающееся целое, подчинённое общим законам.

В свете растущего значения сельского хозяйства стало важно понять, как земледелие влияет на природу. Эта работа посвящена взглядам Александра Гумбольдта и его младших современников — Чарльза Лайеля и Юстуса Либиха — на экологическую роль земледелия.

Александр Гумбольдт: как человек влияет на природные системы

Александр Гумбольдт (1769–1859) рассматривал природу как единое целое и изучал влияние на неё человека. «Род человеческий существенно участвует в совокупности земной жизни», — подчёркивал он. Учёный уделял особое внимание воздействию сельского хозяйства на природу: исследовал историю земледелия, происхождение культурных растений и домашних животных, закономерности их распространения, а также, в частности, изменения природных растительных сообществ из-за вырубки лесов и распашки целинных земель.

Гумбольдт применял системный подход: анализировал, как характер и интенсивность земледелия влияют на разные компоненты природной системы. Он отмечал, что в давно освоенных регионах сильно изменился растительный мир: распашка территорий способствовала распространению нужных человеку культур, но при этом сокращала биоразнообразие.

Учёный писал: «Земледельческие народы искусственно увеличивают господство общественных растений, распространяя на многие места умеренной и северной зон характер однообразия природы. Вместе с тем они способствуют вымиранию дикорастущих растений и невольно распространяют другие, следующие за человеком в его дальних странствованиях».

Гумбольдт считал обезлесение большой потерей для человечества и показывал, что безлесье в южной Европе — не природная особенность, а результат деятельности людей: «Если из наших густолиственных дубовых лесов, через цепи Альп или Пиренеи, спуститься в Италию или Испанию, то можно легко прийти к ошибочному выводу, что безлесье является характерной чертой жарких климатов. При этом забывают, что южная Европа имела иной облик, когда впервые в ней поселились пеласгийский или карфагенский земледельческие народы; забывают, что раннее культурное развитие человеческого рода сопровождается вытеснением леса и что преобразующий дух народов лишает постепенно землю её украшения, радующего нас на севере, и который (в гораздо большей степени, чем все исторические свидетельства) является показателем юности нашей культуры».

Кроме того, Гумбольдт отмечал, что вырубка лесов снизила влажность климата: болота высохли, а сфагновый мох уступил место культурным растениям: «Искоренением лесов земледельческие народы уменьшили влажность климата. Болота постепенно высохли, и сфагновый мох, создававший на целых территориях древнегерманским номадам препятствия к обитанию, был вытеснен полезными растениями».

Важные наблюдения Гумбольдт сделал во время пятилетней американской экспедиции (1799–1804), когда лично изучал, как деятельность человека меняет ландшафты в Венесуэле, Мексике, на Кубе и в других регионах Нового Света. Из-за пастбищ, плантаций и предприятий по очистке сахара Мексика потеряла много лесов. Повсеместно вырубали леса ради плантаций кофе, табака и особенно сахарного тростника — нередко даже в XIX веке его выращивали по подсечно-огневой системе. Тростник — многолетняя культура, и севооборот с обогащающими почву растениями организовать было невозможно.

Гумбольдт в путевых дневниках описывал последствия вырубки лесов на склонах и берегах рек, неграмотного орошения и монокультурного земледелия. Он первым проверил на практике гипотезу о связи вырубки лесов и изменения гидрологического режима — наблюдая за процессами в южноамериканской котловине Валенсия. Учёный объяснял: деревья в холодном и влажном климате испаряют воду и помогают образованию родников — не за счёт притяжения водяного пара, а благодаря затенению почвы, которое снижает испарение дождевой воды. После вырубки лесов родники мелеют или высыхают, а речные русла то пересыхают, то превращаются в бурные потоки после дождей. На склонах исчезает подстилка из мха и торфа — и дождевая вода беспрепятственно устремляется вниз. Гумбольдт сделал вывод: уничтожение лесов, иссыхание родников и бурные потоки тесно связаны.

Подобное он наблюдал и на Кубе: остров, прежде покрытый пальмами и дикими цитрусовыми деревьями, почти лишился лесов «вследствие слишком поспешной распашки земель» под плантации тростника, кукурузы и кормовых культур. Вырубка деревьев повышала сухость почвы — ведь они защищали её от солнца, а их листья, излучая тепло, вызывали охлаждение водяного пара.

Вклад Гумбольдта в изучение природы огромен. 50 лет учёный объединял современные ему знания и представлял их миру как единую картину природы! В 1978 году историк С. Ф. Кэннон ввела термин «гумбольдтовская наука» — так назвали движение в естественных науках первой половины XIX века, вдохновлённое работами Гумбольдта. Оно опиралось на целостное восприятие природы, географический подход и поиск математических взаимосвязей, требовало точности в измерениях и критически оценивало прежние теории. Одним из ярких представителей этого направления был шотландский геолог Чарльз Лайель (1797–1875).

Чарльз Лайель: геологическая сила растениеводства

Чарльз Лайель считал, что деятельность человека подчиняется законам природы и не привносит в природные процессы ничего принципиально нового. Человек — часть органического мира, а его воздействие на среду в целом сопоставимо с влиянием других живых существ. Он писал: «По мере расширения наших сведений о системе мы будем всё более и более убеждаться, что изменения, причиняемые вмешательством человека, разнятся от изменений, осуществляемых другими животными, вовсе не так значительно, как обыкновенно полагают». В качестве примера учёный приводил уничтожение леса — оно может произойти как из-за вырубки, так и из-за нашествия вредителей. Однако, в отличие от других животных, человек действует не согласно инстинктам, а руководствуясь разумом. Именно поэтому антропогенное воздействие выделяется в отдельную геологическую силу.

Одним из заметных последствий сельского хозяйства стало изменение распределения флоры и фауны. С освоением Нового Света там распространились чуждые для той местности сельскохозяйственные культуры, сорняки, бактерии и вредители, а в Европу попали многие американские виды. Ещё в 1807 году в труде «Идеи о географии растений» Гумбольдт отмечал: «Трудолюбие земледельческих народов оторвало ряд полезных растений от их родной почвы и принудило их расти во всех климатах и на всех горных высотах». Лайель развил эту мысль: «В дополнение ко всем уже перечисленным агентам, способствующим расселению растений по земному шару, мы должны ещё рассмотреть ещё одного, самого важного, — человека. В каждый регион планеты он берёт с собой овощи, которые выращивает для удовлетворения своих потребностей, и помимо того неумышленно распространяет ещё большее количество бесполезных для него или даже вредных растений».

Лайель подчёркивал, что человечество потребляет несоизмеримо много ресурсов и меняет продуктивность и разнообразие природных систем. Он указывал: даже если человек улучшает почвы с помощью орошения и удобрений, это идёт на пользу ему, но не природе в целом. Превращая болото в пашню или озеро в луг, люди получают выгоду, но продуктивность территории для органической жизни снижается. При уничтожении лесов этот эффект ещё заметнее.

Учёный отмечал: «Надо признаться, что в каждой стране человек неизменно стремится уменьшить естественное разнообразие местообитаний животных и растений и сократить его до небольшого числа пригодных для практического использования видов».

Освоение земель вытесняет прежних обитателей и снижает природное разнообразие.

Вместе с тем Лайель считал вклад человека в преобразование земной поверхности незначительным по сравнению с природными силами — например, осадочными и магматическими процессами. Но он признавал особую роль земледелия: распашка больших территорий оставляет почву открытой для дождей, разрушает защитную силу растительности и провоцирует эрозию. Таким образом, человек невольно вмешивается в геологические процессы, способствуя размыванию и переносу материала.

Юстус Либих: почва как основа поддержания человеческого рода

В конце XVIII — начале XIX века сельское хозяйство значительно интенсифицировалось, так что возникла потребность в науке, которая помогла бы повысить продуктивность земель — в частности, за счёт применения удобрений. Так появилась агрохимия, развитие которой стало возможно благодаря прогрессу в общей химии и методах количественного анализа.

В это же время начала формироваться органическая химия. Немецкий учёный Иоганн Юстус Либих (1803–1873), один из основоположников органического анализа, решил применить свои исследования для решения сельскохозяйственных задач.

В 1840 году вышла его книга «Химия в приложении к земледелию и физиологии» — она выдержала восемь прижизненных изданий. В ней Либих обобщил знания о питании растений и сформулировал теорию минерального питания. Из теории следовало, что почва истощается при выращивании одной культуры. Учёный настаивал: чтобы сохранить плодородие, нужно возвращать в почву питательные вещества, изъятые с урожаем. Он писал: «Почва должна постепенно терять своё плодородие, поскольку благодаря культуре растений и снятию их урожаев запас питательных веществ становится всё меньше и меньше. Следовательно, для того, чтобы сохранить плодородие почвы, ей должно возвращать всё у неё взятое».

Как и Гумбольдт, Либих рассматривал природу как единое целое и анализировал взаимосвязи явлений. Он подчёркивал: «Наше современное естествознание основывается на убеждении, что не только между двумя или тремя, но и между всеми явлениями в минеральном, растительном и животном царствах имеется закономерная связь, благодаря чему ни одно явление не существует само по себе, в отдельности, но всегда в связи с одним или несколькими другими явлениями…»

Либих выявил обратную связь: разрушение природной основы влияет на благосостояние общества. Он считал почву ключевым фактором развития цивилизаций и отмечал: «Фактором, соединяющим или разъединяющим человеческое общество, создающим или уничтожающим народы и государства, была во все времена почва». В упадке Рима и Испании учёный видел следствие истощения почв из-за нерационального земледелия: «Не пренебрежение земледелием, а падение плодородия полей, вызванное хищническим ведением хозяйства, было причиной конца как римского, так и испанского мирового владычества».

Работа Либиха была нацелена на повышение урожайности через внедрение знаний по органической химии и физиологии растений. При этом она показала, насколько сильно хищническое земледелие может трансформировать и природу, и общество.

_________________

История развития земледелия наглядно демонстрирует двойственную природу сельского хозяйства: с одной стороны, оно обеспечило продовольственную базу для роста населения и развития цивилизаций, с другой — стало ключевым фактором масштабных экологических изменений. Расширение пахотных земель, интенсификация методов обработки почвы и внедрение новых технологий на протяжении веков приводили к деградации почв, сокращению лесов, потере биоразнообразия и изменению гидрологического режима территорий.

Сегодня выводы классиков науки приобретают особую значимость. Перед человечеством стоит задача найти баланс между интенсификацией сельского хозяйства и сохранением природных экосистем. Устойчивое земледелие, учитывающее экологические взаимосвязи, восстановление деградированных земель и внедрение научно обоснованных практик — ключевые условия для обеспечения продовольственной безопасности будущих поколений без дальнейшего разрушения биосферы.