Значение температуры и влаги окружающей среды для развития растений общеизвестно. Поэтому когда речь идет о засухах или других неблагоприятных погодных явлениях, фактически дело касается урожайности. Следовательно, успешность прогноза урожаев прямым образом связана с состоянием долгосрочного прогнозирования в гидрометеорологии. Конечно, прогнозы незначительных отклонений от обычного состояния погоды, с которыми мы уже. научились справляться, также представляют немаловажную ценность. Но сейчас все большее значение приобретает прогнозирование особо резких аномалий, в ходе осадков и температуры, т. е. те природные явления, которые встречаются редко, но существенно сказываются на сельскохозяйственном производстве.
При разработке этой проблемы должно учитываться множество различных условий и факторов, начиная от сорта семян и севооборотов и кончая обеспечением, своевременной уборки и перевозки зерна на элеваторы. Но есть один важный фактор, который пока еще упускается в схемах прогноза урожаев,— космический фактор. Длинный перечень неурожаев, повторяющихся с определенными интервалами, необъясним ничем иным, кроме влияния Космоса на погоду, и не учитывать это влияние мы не имеем права.
Именно об этом говорилось на Первом всесоюзном совещании но солнечно-атмосферным связям в октябре 1972 г. сразу после непредвиденной засухи летом того года, В решении его признано считать проблему «Солнце— атмосфера» одной из важнейших для Гидрометеослужбы страны.
При лазерной резке различных материалов почти нет отходов обработки. При обработке лазером они в буквальном смысле исчезают, но копоть накапливается на лазерной линзе, ввиду чего возникает необходимость в её регулярной очистке. Чтобы избежать выполнения данной процедуры, потребуется компрессор для ЧПУ станка. Он будет направлять потоки воздуха на обрабатываемую поверхность, отгоняя дым от поверхности линзы.
Знаменательно, что вопрос о космическом влиянии на погоду и урожай послужил стимулом для организации службы погоды в нашей стране. Декрет «Об организации метеорологической службы в РСФСР» был подписан В. И. Лениным 21 июня 1921 г. и этому предшествовали следующие события.
Известный метеоролог и физик того времени, профессор Петровско-Разумовской сельскохозяйственной академии (ныне Академии им. К. А. Тимирязева) В. А. Михельсон в конце 1920 г. передал наркому земледелия С. П. Середе две статьи. В одной из них, названной «Важное предостережение», говорилось о возможности крупной засухи в предстоящем 1921 г., а в другой обосновывалась вероятность этой засухи, исходя из анализа периодичности влажных и засушливых лет в России в связи с активностью Солнца.
Нарком земледелия направил эти материалы для ознакомления В. И. Ленину и 6 ноября 1920 г. получил от него записку, в которой предлагалось поместить эти статьи в газетах «Известия» и «Правда», а краткое извлечение из них дать в РОСТА для рассылки по стране. Наркому земледелия предписывалось включить полученные данные в его доклад на съезде Советов.
В ноябре 1920 г. «Известия ВЦИК» публикуют статью В. А. Михельсона, а на следующий день в газете помещается статья С. П. Середы, в которой рассматриваются необходимые меры по борьбе с предстоящим неурожаем 1921 г. В. И. Ленин неоднократно возвращался к вопросу о грозящей засухе и 25 апреля 1921 г. направил в Наркомат земледелия специальное письмо, в котором настаивал на немедленном созыве совещания для разработки особого декрета ввиду крайней неотложности вопроса о мерах борьбы с засухой. 29 апреля 1921 г. был принят проект постановления о мерах борьбы с засухой. Вскоре после этого появилось постановление об организации метеорологической службы в нашей стране. Сделанное с большой заблаговременностью предостережение о засухе 1921 г. позволило принять все возможные в то время меры по ограничению последствий засухи и предотвратить, вероятно, еще большие беды в тот неурожайный год.
Поражает уверенность и четкость прогноза, высказанного В. А. Михельсоном почти за год до развития засухи. Не было ли это случайным совпадением?
По-видимому, нет. Ученый основывался на многочисленных наблюдениях, говорящих о связи пульсации климата с периодичностью космических явлений. Профессор той же академии М. А. Боголепов также уделял большое внимание связи засух с солнечной активностью и 30—40-летним брикнеровским циклом. Он выделял в колебаниях климата периоды в 3—4 в 11 лет. В результате наложения их друг на друга возникает сложная гамма цикличности, и трижды в столетие русская равнина поражается жестокой засухой, а в промежутках возникают менее выраженные серии неурожаев.
История накопила многочисленные свидетельства буйства стихий в отдельные периоды и, как правило, они зачастую ставились в зависимость от активности Солнца.
Так, 600 лет назад в русских летописях за 1372 г. говорилось: «Того же лета бысть знамение на Солнце, места черные на Солнце, аки гвозди... Сухомень бысть велика и зной и жар много, яко устрашились и вострепетали людем, реки много пересохше и озера и болота, леса и боры горяху и земля горяше. И бысть страх и трепет на всех человецех и бысть тогда дорогонь велика и глад великий по всей земле...».
И это не единственное указание. Названный в летописи год был заключительным аккордом целой, серии, засух, охвативших русскую землю во второй половине XIV в.Но среди разнообразных описаний выделяется своими мрачными красками именно 1372 . г., когда, по словам летописца, «мгла велика была яко единусажень пред собою не видети... птицы по воздуху не видети летати,. по подаху с воздуху на землю... тако же и звери, не видя-ше по селам хожаху и по градам смешающи с человеки, медведи, волци, лисицы и прочая звери».
В древности человечество, нередко, связывало., свои беды и радости с Солнцем, и сейчас трудно разобраться, где эта связь действительная, а где служит данью языческим представлениям.
Если обратиться к истории солнечной активности, то легко можно убедиться в совпадении летописных дат с характерными эпохами солнечной активности. Наиболее полная сводка данных о колебаниях деятельности Солнца приведена астрономом Д. Шове, который проследил их с 648 г. до новой эры и вплоть до наших дней. Мощность солнечных явлений он оценивал по шкале в 10 баллов, но наивысшую оценку решился присвоить только один раз за весь двухтысячелетний период—именно в 1372 г.
Указания на связь природных катастроф с солнечными пятнами имеются у многих народностей. Но и это не снимает вопроса о случайном совпадении земных и космических явлений. До объяснения возможного механизма солнечного воздействия на Землю не могло быть и речи об окончательном признании этой гипотезы. И только сейчас, с появлением космической аппаратура многие стороны механизма космического влияния становятся все более ясными.
Мост, по которому солнечное влияние передается на Землю, имеет две составляющие: коротковолновое электромагнитное излучение и языки солнечной плазмы, выбрасываемые из активных областей Солнца. Эти выбросы могут быть автономными подобно извержениям гейзера «Старый Ворчун», который взрывается только при достижений определенного порога давления пара. С другой стороны - существует внешняя, более обоснованная причина: движение планет Солнечной системы. Их гравитационные поля возмущают поверхность Солнца. Небесная конфигурация планет имеет немаловажное значение и в распределении потоков солнечного ветра благодаря непрерывным «сбоям» межпланетного магнитного поля при перемещении небесных тел.
Как утверждает советский геофизик Б. И. Сазонов, энергия космических лучей почти полностью может быть .использована на перестройку характера атмосферной циркуляции. Эти лучи — протоны и альфа-частицы обладают совершенно уникальными свойствами: они способны, минуя малоэффективный механизм тепловой машины, рассеивать свою кинетическую энергию в том газе, которым они поглощаются. Благодаря упругим соударениям при прохождении протонов через газ атмосферы на высоте 8—12 км может быть «наведен» слабый ветер, не связанный с высотными барическими полями.
Роль магнитосферы заключается в том, что она способна обеспечить значительное ускорение потоков высокоэнергичных частиц и при возмущении силовых линий «допустить» в отдельные районы атмосферы большое количество энергии. Определенное влияние на характер геофизических явлений оказывают рентгеновское и коротковолновое излучения, вызывающие распад и образование новых молекул и атомов и в результате нагрев верхней атмосферы.
Такова теория. Практика последних лет во многом подтверждает ее выводы. Взять хотя бы засуху лета 1972 г. на большей части европейской территории СССР. В Подмосковье, например, в августе температура превысила среднемесячную на 6°, а за июль выпало лишь 10% нормы осадков. Горели торфяники, и дымная мгла окутала города и села. Все это резко сказалось на сельскохозяйственном производстве, особенно на урожае овощей и картофеля.
Начиная с момента запуска первого спутника серии «Прогноз» 14 апреля 1972 г. получена обильная информация из космоса, объясняющая аномалии погоды этого лета. В сезон того года межпланетное пространство было заполнено интенсивными потоками солнечных протонов и электронов высокой энергии. Такое обилие их в год минимума солнечной активности было не обычным, но легко объяснялось отдельными солнечными вспышками. С 2 по 7 августа произошли самые крупные за последние 26 лет вспышки. От Солнца к Земле протянулась своеобразная «труба» диаметром несколько миллионов километров, образованная силовыми линиями межпланетного магнитного поля. Все это и вызвало сильную аномалию развития природных процессов на Земле летом 1972 г.
Видимо, создание службы Солнца не менее важно для народного хозяйства, чем работа метеорологической и сейсмической служб, ибо если космические данные будут служить прогнозом на Земле, это будет иметь колоссальное практическое значение. Однако еще М. А. Боголепов подчеркивал большие трудности, возникающие при изучении периодичности засух. «Явление периодичности,— говорил он,—есть реальный факт, от которого нельзя отвернуться, но оно неуловимо по какой-то непонятном причине».
Одной из главных причин такой «неуловимости» является смена знака солнечно-земных связей. Дело в том. что общая масса атмосферы неизменна, Если в одном районе понижается давление, то в другом оно должно обязательно повыситься за счет перераспределения воздушных масс. В соответствия с этим в первом районе возникают явления, присущие циклону, а во втором — антициклону. Это немедленно отразится в колебаниях температуры воздуха и режиме осадков, определяющих развитие растений. Поэтому для каждой конкретной местности существует свой характер связи природных процессов с процессами в Космосе, так как земная атмосфера опосредует космическое влияние по своим, присущим ей законам.
В. Гершель, например, считал, что годы, богатые солнечными пятнами, являются в то же время и более благоприятными для сельского хозяйства, а его современник — астроном Д. Араго утверждал, что в Париже в годы пятнообразования температура в среднем на одну треть градуса ниже, чем в годы минимумов солнечной активности. В перемене знака солнечно-земных связей нет ничего загадочного. Вопрос состоит лишь в том, чтобы учитывать эту особенность при анализе динамики биологических процессов.
Роль солнечной активности в формировании условий для развития культурных растений несомненна. На материалах повторяемости жестоких засух в России .известный советский статистик Е. Е. Слуцкий еще в 1935 г. показал, что пики кривой неурожайности в Европейской России за 1801—1915 гг. близки к фазам минимума солнечной активности. Вероятность неслучайности такого типа распределения, по его данным, составляет более 99,99%.
Но при этом, как правило, наблюдается двухвершинность кривой урожайности в каждом цикле солнечной активности. Расчеты Ф. Баура — известного геофизика из ФРГ показали, что вероятность засушливых лет повышается как перед минимумом, так и перед максимумом 11-летнего цикла. Из 23 сильных засух в Германии за последние 124 года почти половина, а именно 11, приходится на очень узкие интервалы (1,6—2,4 года) перед экстремумами чисел Вольфа, тогда как по законам случайности на эти промежутки пришлось бы только около 4 засух. Вероятность случайности полученного распределения составляет 0,27%.
Этот вывод был подтвержден в Главной геофизической обсерватории имени А. И. Воейкова Т. В. Покровской, которая использовала большие статистические материалы по истории засух и аномально низких температур на территории нашей страны. Оказалось, что характер солнечно-земных связей меняется в зависимости от географического положения района наблюдений. Например, в Казахстане по материалам за 1888—1955 гг. на минимуме солнечного цикла встречается 43% засух, а на минимуме и в 2 предшествующих года — все 100% засушливых лет. В Европейской же части страны засухи нередки и вблизи максимума солнечной деятельности, а в некоторых районах они даже преобладают в этот период.
Такое положение связано с местными особенностями циркуляции атмосферы, за счет чего происходит распределение воздушных масс, температуры и влаги. Одновременно с этим проявляется и непосредственное влияние космических излучений на развитие атмосферных процессов. Вторжение космических частиц приводит не только к магнитным возмущениям, но и к изменениям погодных условий. В периоды магнитных возмущений, как правило, особо морозные зимы наблюдаются в европейской части СССР, что без сомнения сказывается на состоянии растительности.
Все это, вместе взятое, приводит к периодическим изменениям состояния растительности и, следовательно, урожайности. Возьмем, например, данные, опубликованные С. И. Долговым и Г. И. Шмидтом, об изменениях урожайности ржи и картофеля на опытных полях Тимирязевской сельскохозяйственной академии. На рис. 6 видна отчетливая связь хода этих кривых с кривой солнечной активности.
Правда, влияние солнечных факторов на урожай проявляется частично, поскольку его общий уровень определяется целенаправленной деятельностью человека. Но это отнюдь не исключает значения таких природных факторов, как засухи, пыльные бури, заморозки, которые в конечном итоге связаны с космическими условиями.
Так, по материалам омского ученого Н. И. Княгиничева, урожаи злаковых существенно коррелируют с солнечной активностью, что иллюстрируется, в частности, данными об урожайности пшеницы в Омской области за период 1953—1967 гг.
Возникает вопрос, а нельзя ли попытаться на основе таких закономерностей прогнозировать динамику урожаев? И второй: каковы механизмы влияния солнечной активности?
Н. И. Княгиничев попробовал подойти к прогнозу урожаев таким путем: взять данные за предшествующие годы и считать их интегральным выражением всего комплекса условий, которые действовали в данный сезон. С одной стороны, это будет результат влияния различных условий со стороны человека, а с другой — погодная ситуация вегетационного периода. Такие ситуации, как правило, не повторяются полными копиями, но принципиальный «сюжет» разыгрывается по сценарию, созданному солнечной активностью. Поэтому если взять годы — аналоги по солнечной активности, то одна из частей прогностической формулы займет свое место. Тогда ко второй части следует сделать поправку на изменившиеся условия социального порядка, т. е. внести коэффициент изменений за счет вновь появившихся условий.
Другой подход к составлению прогностической схемы разработан В. Г. Нестеровым. Он проанализировал исторические сведения о засухах в России, в частности в Поволжье и примыкающих к нему районах, параллельно составив суммарную кривую приливообразующих сил Луны и Солнца. При сопоставлении этих двух рядов оказалось, что годы засух совпадают с годами космических «приливов» на Землю. Именно с помощью этого метода была предсказана засуха 1972 г. в европейской части СССР.
Еще одна схема предложена казахским метеорологом М. X. Байдалом, который установил закономерность, что все 100% засух в Казахстане возникают на спаде 11-летнего Цикла солнечной активности. Отсюда можно рассчитать и вероятность повторения неблагоприятных для сельского хозяйства лет.
Эту особенность использовали агрономы для расчета лет, неблагополучных по ржавчине пшеницы. Дело в том, что болезнь бурно развивается при сочетании большего количества осадков с отрицательной аномалией температуры в начале лета (май — июнь). Такие периоды связаны с циклонической прохладной и влажной погодой. Напротив, ржавчина совершенно не встречается, если в указанный период стоит жаркая и сухая погода.
Таким образом, это серьезное заболевание злаковых можно предвидеть при наличии прогнозов погоды. Как показали И. П. Фадеева, Л. Н. Комиссарова и В. П. Зав-рин, прогноз ржавчины практически обеспечен от одного до восьми месяцев и вполне возможен с заблаговременностью несколько лет, если основываться не только на прогнозах погоды, но и на прогнозах Солнца.
Широкое исследование связей между болезнями растений и солнечной активностью провели сотрудники Ленинградского института защиты растений под руководством И. И. Минкевич. Были взяты данные о частоте различных эпифитотий (вспышек болезней растений). Экономический ущерб от этих болезней исключительно велик. Только при поражении фитофторой погибает до 60% урожая картофеля. Оказалось, что ржавчина пшеницы, милдью винограда, пыльная головня и целый ряд других болезней в своем распространении обнаруживают определенную привязанность к различным фазам солнечного цикла. В итоге был составлен прогноз на ближайшие 6—7 лет после периода высокой солнечной активности 1968 г., согласно которому «следует ожидать нарастания вредносности желтой и бурой ржавчины, пыльной головни пшеницы, фитофторы картофеля и усыхания плодовых культур в нечерноземной зоне. Уменьшится вредносность линейной ржавчины, милдью винограда, незначительным станет поражение цитрусовых на Черноморском побережье. Кавказа и усыхание абрикоса на Украине». По оценке экспертов, приводимой известным специалистом по болезням растений А. Е. Чумаковым, на 1972 г. большая часть этих прогнозов подтвердилась.
Немалый вред земледелию приносят вредители урожаев. Эти убытки не всегда можно предотвратить, применяя химические средства, которые к тому же небезразличны для общего баланса в биосфере и достаточно дорого обходятся народному хозяйству. За последние 20 лет сборы с полей у нас поднялись в 2 раза, а издержки на их защиту — вдесятеро.
Но и ядохимикаты не всегда приводят к желаемому эффекту. Вредители привыкают к ним, и даже массированные химические атаки иногда оказываются безуспешными. Для предотвращения этого ущерба испытываются и вводятся устойчивые сорта культур и предпринимаются другие меры. Наряду с этим в схеме защиты растений должны быть графы учета космических изменений и прогноза болезней. А для обоснованного долгосрочного прогноза необходимо изучение механизмов космического влияния на развитие растений.
Этот механизм объясняется главным образом изменчивостью погоды. Например, некоторые вирусные болезни свеклы переносятся тлями. Их размножение — функция погодных условий, зависящих от солнечной деятельности. Но не исключено и непосредственное воздействие космических излучений на организм растений и вредителей, а также на микроорганизмы. Эти вопросы весьма актуальны и для почвенной микробиологии. Известно, что одно только внесение азота с органическими удобрениями не может даже в ближайшем будущем обеспечить потребности развивающегося растениеводства. Поэтому вопрос об участии микроорганизмов в фиксации почвенного азота — один из главных в агрономической науке и практике.
Доказано, что значительная часть азота, вносимого в почву с удобрениями, может превратиться в молекулярную форму и будет удалена из сферы развития растений в результате деятельности отдельных видов бактерий. С другой стороны, деятельность азотфиксирующих микроорганизмов пополняет ресурсы почв. Каждый год с урожаем сельскохозяйственных культур из почвы выносится почти на 90% больше азота, чем вносится туда с удобрениями. Такую разницу нельзя ликвидировать без помощи свободноживущих азотфиксирующих организмов, которые являются неотъемлемой частью почв. Так, в пахотном слое окультуренной почвы на площади 1 га может содержаться 5—6 т микробных клеток. Поэтому причины колебаний численности почвенных бактерий в естественных условиях представляют исключительный интерес.
Работами эстонских микробиологов под руководством профессора П. Рахно установлено, что деятельность почвенных микроорганизмов не прекращается и после окончания вегетационного периода. и даже в промерзшей почве совершаются весьма активные изменения. Так, численность аммонифицирующих бактерий в течение всего 1965 г. была постоянной, но с января 1966 г. стала возрастать и оставалась относительно высокой и в дальнейшем. В соответствии с этим даже зимой увеличивалось содержание в почве аммиачного азота. Аналогичным образом вели себя и нитрифицирующие бактерии, число которых с начала 1966 г. выросло в 10 раз.
Одномоментность резких изменений жизнедеятельности различных микроорганизмов свидетельствует об общности влияющих на них факторов. С чем могут быть связаны подобные изменения? Эстонские ученые считают, что «основным фактором, оказывающим влияние на численность бактерий, является солнечная активность». Коэффициент корреляции между их численностью и солнечной активностью, по расчетам Л. Сирша, оказался в 10 раз выше но сравнению с температурным влиянием.
В последние годы уделяется большое внимание возможности увеличения урожайности путем облучения семян импульсным концентрированным солнечным светом (ИКСС). Всякое изменение светового потока, его спектральных мощностей влечет за собой изменения фото-энергетических и тесно связанных с ними обменных процессов.
Отсюда и возникла идея создать специальные аппараты концентраторы солнечного облучения со своеобразной системой фокусировки и светофильтров, позволяющих получать желаемые спектры и энергии лучей. Для фитофизмологических исследований ИКСС был применен советскими учеными А. А. Шаховым и С; А. Станко в Заполярье в конце 50-х годов при предпосевном облучении семян. После 20—40-минутного воздействия концентрированного .(в 15—25 раз) солнечного света повышалась всхожесть, кустистость и урожайность растений.
Стимуляция роста достигается возбуждением долгоживущих радикалов, мгновенно «схватывающих» энергетический импульс. Вслед за возбуждением атомов молекул происходит трансформация полученной энергии, ионизация среды и разрыв химических связей, что затем сказывается на течении окислительно-восстановительных реакций и биосинтезе. Далее в процесс вовлекаются мембранные системы клеток, в результате чего облученный растительный объект отличается от необлученного более высоким уровнем потенциальной энергии.
В полевых, опытах облучение семенного фонда или растений в начальной стадии вегетации приводит к существенной добавке урожая пшеницы, сои, кукурузы и других культур. Так, в Бухарской области за 4 года наблюдений урожаи хлопчатника после облучения были на 10—15% выше, чем в контроле.
Ученые из Казахского государственного университета, работающие на кафедре биофизики под руководством В. М. Инютина, пошли еще дальше. На их опытных полях можно встретить таблички, где к сорту семян прибавлено слово «лазер». Это попытка заменить солнечный луч лучом лазера. Лазерный эффект сулит замечательные перспективы, так как повышает, например, сахаристость свеклы на 1—5%. А это значит, что ври наших масштабах возделывания сахарной свеклы внедрение сорта только с 1%-ной прибавкой сахаристости может дать дополнительно столько сахара, сколько его получают сейчас с 250 га, засеянных этими корнеплодами.
В данном случае мы имеем дело с довольно мощными источниками энергии. Напротив, магнитные поля, как принято считать, не оказывают энергетического воздействия. А между тем их роль в развитии растений оказалась не менее существенной.
15 лет назад фитофизиологи А. В. Крылов и Г. А. Тараканова ввели термин магнитотропизм растений, означающий ускорение прорастания семян при их ориентировке в сторону южного магнитного полюса. В дальнейшем оказалось, что вопрос заключается не в том, к какому полюсу ориентированы семена, а в том, лежат ли они вдоль или против магнитных силовых линий.
Растения чувствительны к действию постоянного магнитного поля, которое влияет на их рост, газообмен, поглощение минеральных элементов, движение протоплазмы в клетке и т. п. Действие поля зависит от его напряженности и конфигурации, а также длительности приложения магнитных сил. Важно и физиологическое состояние объекта, в частности текущий этап онтогенеза. Сотрудник Института физиологии растений АН СССР Ю. И. Новицкий, длительное время изучавший магнитные эффекты у растений, назвал этот раздражитель «странным». Интересно, что такое же мнение создалось и у нейрофизиолога Ю. А. Холодова при исследовании совершенно иных объектов — нервных реакций человека и животных. Эта «странность» заключается в .том, что, с одной стороны, магнитное поле как будто бы слабый раздражитель, а с другой — сильный.
На практике это выражается в том, что, например, семена пшеницы и кукурузы после «омагничивания» могут давать прибавку урожая иногда до 25%. В этом, в частности, убедились труженики Грузии, применившие на полях 20 колхозов магнитный Метод предпосевной обработки зерновых культур. С другой стороны, как показывают многие авторы,— физиологические реакции на магнитное поле неустойчивы почти по всему диапазону используемых напряженностей.
Известный советский гелиобиолог А. П. Дубров, специально занимающийся вопросами невоспроизводимости биологических реакций, исследовал динамику выделения органических веществ корнями растений и пришел к выводу, что решающую роль при этом играют природные магнитные и электрические поля. В основе обнаруженной связи, по его мнению, лежит изменение проницаемости биологических мембран и оболочек. Поскольку проницаемость является фундаментальным свойством клеток всех живых организмов, становится понятной универсальная зависимость различных биологических процессов от солнечной активности, оказывающей решающее влияние на электромагнитосферу Земли.
О роли магнитных полей, как посредников солнечного влияния на биосферу нам предстоит еще-говорить. Сейчас нее можно подытожить сказанное тем, что. вся сумма, факторов солнечного излучения, начиная от видимого. света (фотопериодичность жизни растений) и кончая неощущаемыми нами магнитными потоками, оказывает то или иное влияние на биологические процессы в растительном мире. Несомненно, что это должно отражаться и на животном мире, развитие которого во многом зависит от кормовой растительной базы.
