Раздел I. Общее почвоведение.

Исторически сложилось так, что почву в первую очередь стали изучать как средство производства, обладающее плодородием. Такое представление о почве вполне удовлетворяло человечество в течение нескольких тысячелетий исторического развития. На этапе освоения практически всех плодородных земель возникли проблемы малоземелья, катастрофической эрозии, опустынивания, падения плодородия и голода. Это привело к зарождению на рубеже ХХ столетия новой науки – почвоведения.

Почвоведение – наука о происхождении, эволюции, свойствах и функциях почв в биосфере. Почвоведение рассматривает почвы также как объект труда и средство производства. Основоположником научного почвоведения, определившим его предмет и основные методы исследования, был выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев (1846 – 1903). До Докучаева почвоведение рассматривалось как часть агрономии или как часть геологии. В.В. Докучаев определил почву как особое природное тело, подобное минералам, растениям и животным. По его определению почва – это естественно-историческое тело, образованное при взаимодействии пяти факторов почвообразования: почвообразующей горной породы, рельефа, климата, живых организмов, времени. К этим факторам в современный период добавляют антропогенный фактор. Определение В.В. Докучаева можно выразить известной формулой Е.В. Гильгарда:

П = f (Г, Р, К, О, Ч) t, где

П – почва;

f – функция;

Г, Р, К, О, t - факторы почвообразования. Г – почвообразующая горная порода, Р – рельеф, К – климат, О – живое органическое вещество, Ч – антропогенный фактор, t – время. Все факторы почвообразования, кроме антропогенного, являются строго и в равной мере необходимыми для почвоообразования. Антропогенный фактор не является необходимым для возникновения и развития почвы, однако, его влияние на почвенный покров по степени воздействия в настоящее время не уступает другим факторам.

Самое главное в докучаевском определении почвы – это то, что оно, во-первых, ставит почву в ряд самостоятельных тел природы, качественно отличающихся от всех иных природных образований. Во-вторых, согласно докучаевскому определению, почва – это явление историческое, имеющее свое происхождение и возраст. Третье – это подчеркнутое в самом определении наличие функциональных связей между почвой и всеми другими природными телами и явлениями.

Почвы входят в состав сложных экологических систем, изменяющихся во времени в зависимости от изменения географической среды и выполняют в биосфере важнейшие функции. Перечислим основные из них.

Обеспечение существования жизни на Земле. Именно из почвы растения, а через них животные и человек получают элементы питания и воду. Почва – это следствие жизни и одновременно условие его существования. Особое значение имеет то, что почва, отличаясь относительно мягким микроклиматом, является средой обитания большинства живых организмов планеты. Состав почвенного воздуха близок к составу атмосферы Земли в ранние этапы развития биосферы. Поэтому многочисленные организмы находят эту среду обитания наиболее благоприятной для жизни, особенно на начальных стадиях развития. Глобальные изменения климата на Земле смягчались почвенной средой. В почве создавались условия для постепенной адаптации и эволюции живых организмов. Здесь они и в настоящее время находят необходимые для жизнедеятельности вещества и энергию, сосредоточенные в значительной степени в специфическом почвенном веществе - гумусе. Развитие концепции структурного центра, впервые предложенное А. И. Перельманом, позволяет осознать основополагающую роль почвы в эволюции жизненных форм и увеличения их разнообразия уже начиная с первых шагов после выхода примитивных организмов на сушу в протерозойское время.

Обеспечение постоянного взаимодействия биологического и геологического круговоротов веществ на земной поверхности. Почва является начальным звеном великого планетарного круговорота химических элементов. На почве замыкаются абиотические массо- и энергообменные, а также трофические цепи. На суше, в системе почва - организмы, существует общепланетарный циклический обмен энергией и веществом. Он заключает поглощение, переход в состав органического вещества и затем минерализацию биогенных элементов. В почве биогенные элементы включаются в биологический круговорот, замедляя свое движение по большому геологическому круговороту.

Регулирование химического состава атмосферы, гидросферы и литосферы. Почвенный воздух, богатый углекислым газом, регулирует содержание его в атмосфере. Вся влага атмосферных осадков, выпадающая на поверхность суши и поступающая в моря и океаны, проходит через почву, оставляя здесь часть элементов и обогащаясь веществами из почвы. Почвенный покров Земли находится в постоянном взаимодействии с литосферой, здесь активнейшим образом происходят процессы выветривания и переотложение материала.

Регулирование биосферных процессов. Плотность жизни на Земле в значительной степени связана с почвенным плодородием, с ее свойствами, определяющими ее как среду обитания живых организмов.

Аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии. В масштабе планеты на суше ежегодно вовлекается в биогенный круговорот до n· 10⁸ т элементов питания растений. Большая часть минеральных веществ ежегодно возвращается в почвы вследствие разложения фитомассы. Этот грандиозный процесс является главной двигательной силой в почвообразовании, в создании плодородия почв и оформлении гумусовой оболочки на суше.

Почва – это основное средство сельскохозяйственного производства. В современный период человек активно использует регулирующее свойство почвы. Он старается направить движение веществ таким образом, чтобы получать в необходимом количестве продукты питания и сырье. Активно занимая и преобразовывая территорию, человек изменяет характер и направление биологического и геологического круговоротов, нарушая тем самым сложившееся на протяжении геологического времени динамическое равновесие между различными частями биосферы. При неправильном использовании почвы она вовлекается в энтропийный процесс, который всегда связан с деградацией.

Перечисленные функции позволяют считать почву важнейшим, более того, центральным компонентом природных комплексов. Действительно, почва, при своем формировании являясь абсолютно зависимым компонентом на пересечении взаимодействующих потоков вещества и энергии, впоследствии обретает функции управления и, в конечном итоге, начинает определять лицо ландшафтного комплекса.

Одновременно с докучаевским генетическим направлением в русской науке развивалось и другое направление почвоведения, в котором выделялась главная функция почвы – ее плодородие. Это направление разрабатывалось П.А. Костычевым и академиком В.Р. Вильямсом. Подходы В.В. Докучаева и П.А. Костычева – В.Р. Вильямса взаимно обогащают и дополняют друг друга.

Являясь компонентом биосферы почва является продуктом взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и живого вещества. В почве, также как и в биосфере, вещества находятся в твердом, жидком, газообразном состоянии и в состоянии живой фазы (населяющих почву организмов). Твердое вещество почв представлено минералами на разных стадиях выветривания, солями, продуктами метаболизма и отмирания организмов. Жидкая фаза представлена растворами различной концентрации и связи с твердым веществом. Почвенный воздух существенно отличается по своему составу от приземного слоя воздуха. Почвенные организмы характеризуются большим разнообразием и включают все царства живой природы: растения, животные, грибы и прокариоты. Почва представляет собой сложную систему, в которую поступают из вне вещества и энергия и в преобразованном виде передаются в другие природные объекты. Вещества в почве располагаются закономерно, образуя почвенные горизонты, агрегаты и новообразования, характеризующиеся определенной структурой. В современном почвоведении принято следующее определение почвы.

Почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая четырехфазная структурная система, возникшая в результате взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и живых организмов в поверхностном слое коры выветривания. Почвенный покров на Земле во всей его сложности и неоднородности в пространстве является функцией горной породы, рельефа, климата, растительного покрова, животного мира, человека и времени.

Примерно полмиллиарда лет назад, одновременно с возникновением жизни на суше на планете возникли примитивные почвы с маломощным профилем. В конце силурийского периода, когда на побережьях в условиях высокого увлажнения появились псилофиты, растения не имевшие корней, на Земле стали формироваться самые древние болотные почвы. В конце девонского периода, около 350-360 млн. лет назад, на планете произошло резкое изменение растительности: псилофиты исчезли, но повсюду распространились папоротники и хвощи, имеющие настоящие корни. В каменноугольном периоде они заняли обширные территории суши. Под этой растительностью стали формироваться почвы, близкие тем, которые господствуют сейчас в тропических и субтропических влажных лесах. В пермском периоде в обширных областях установился сухой пустынный климат, а в некоторых - холодный, влажный, сходный с таежным. В это время появились пустынные почвы, а также почвы сухих саванн и солончаки. Началом развития современных почвенных зон можно считать юрский и меловой периоды, когда с резким изменением климата получили развитие покрытосеменные растения. В палеоцене (около 40 млн. лет назад) возникли новые природные ландшафты - степи и появились степные почвы черноземного и каштанового типа. В плейстоцене, когда образовалась тундра, появились тундровые почвы и сфагновые торфяники.

Классики русского почвоведения В.В. Докучаев, Н.М. Сибирцев, П.А. Костычев, П.С. Коссович, К.Д. Глинка, Э. Гильгард в США, Э. Раманн в Германии и др. в период становления науки разработали ряд главных положений в исследовании почв.

1. Почва должна исследоваться как самостоятельное естественно-историческое тело природы.

2. Изучение генезиса почв, также как и генезиса минералов, эволюции живых организмов, является важнейшей идеей, имеющей как теоретическое, так и практическое значение. Для выявления генезиса почв необходим анализ факторов почвообразования, их изменения во времени и определение ведущих почвообразовательных процессов, отразившихся в признаках и свойствах почвенного профиля.

3. Предметом изучения является почвенный профиль.

4. Важнейшей характеристикой является динамика водно-воздушного режима почвы.

5. Главной формой существования почвенных тел принят тип почвы. Разработана и продолжает совершенствоваться систематика и классификация почв.

6. При исследовании почв учитывается с одной стороны непрерывность почвенного покрова, с другой стороны реально существующий индивидуум в трехмерном пространстве.

7. Главной функцией почвы, обеспечивающей жизнь на Земле, является ее плодородие.

8. Почва является специфической геосферой, через которую осуществляется взаимодействие других геосфер планеты.

9. Современное генетическое почвоведение исходит из понятия о почве как об очень сложной системе с бесконечно большим разнообразием внутренних и внешних функциональных связей, имеющих очень сложную многоуровневую структурную организацию. На базе системного подхода было сформулировано представление об иерархических уровнях структурной организации почвы, имеющей важнейшее методологическое и практическое значение. Было показано, что при исследовании почвы как природного тела необходимо различать иерархическую серию последовательных уровней ее структурной организации, каждый из которых требует специфических методов и подходов исследования. Выделяют уровни: атомарный, кристалломолекулярный или молекулярно-ионный, элементарных почвенных частиц, агрегатный, горизонтный, профильный, уровень почвенного покрова.

10. Важное методологическое значение имеет разработанная В.В. Докучаевым концепция почвы как зеркала ландшафта. Почва, также как и ландшафт, представляет собой сложную систему, формирующуюся при взаимодействии тех же факторов. Почва является средой обитания абсолютного большинства организмов, осуществляя связь между живой и неживой частью ландшафта. В почве трансформируется и аккумулируется солнечная энергия, а процессы обмена веществ, циклической миграции достигают высшего напряжения. Поэтому почву можно считать ядром, центральной частью ландшафта. Большое значение имеет концепция почвы как компонента экосистемы и биосферы.