Место и роль почвы в природе

— почвообразовательного процесса как сложного комплекса «элементарных» почвенных процессов, являющихся результатом взаимодействия трансформации (синтеза и разложения) и миграции (вертикальной и горизонтальной) органических и минеральных веществ;

— историзма почвообразования и сукцессии (последовательных смен) стадий почвообразования и эволюции почв;

— типов почв и типов почвообразования как стадий на длительном пути развития почвообразовательного процесса;

— современного почвенного покрова как стадии в истории развития земной поверхности;

— типа почвы как главной формы существования почвенных тел;

— почвенных режимов как главной формы динамики почвообразовательного процесса и функционирования почвы;

— почвенных зон и зональных типов почв (ассоциаций типов почв) как основной формы организации почвенного покрова Земли, отражающей структуру и историю эволюции земной поверхности при постоянном взаимодействии геосфер (литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы);

 — систематики и классификации почв как отражения реально существующих в природе генетических и географических связей и различий между различными почвами;

— непрерывности почвенного покрова, в котором нет резких Границ между отдельными почвенными образованиями и характерны постепенные переходы и диффузные границы между разными почвами;

 — почвенного индивидуума как реально существующего природного тела в трехмерном пространстве;

 — плодородия почвы как ее исторически формирующейся главной функции, обеспечивающей жизнь на Земле и являющейся результатом жизни;

 — педосферы как специфической геосферы, через которую осуществляется взаимодействие других геосфер планеты.

Нетрудно видеть непосредственную связь главных методологических концепций генетического почвоведения с основополагающими принципами материалистической диалектики, на которых они по существу базируются. Почвоведение как одна из естественноисторических наук о Земле играет важнейшую мировоззренческую роль в развитии диалектического и материалистического понимания природы. Все докучаевское учение пронизано идеей о всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости явлений природы, их причинной обусловленности и непрерывной эволюции. Концептуальные подходы в почвоведении Конкретизацией диалектико-материалистической методологии явилась разработка системного подхода и его применения в почвоведении. Современное генетическое почвоведение исходит из понятия о почве как об очень сложной системе, т. е. о системе с бесконечно большим разнообразием внутренних и внешних функциональных связей, имеющих очень сложную многоуровневую структурную организацию. Долгое время в науке о почве и особенно в практике земледелия господствовало представление о том, что, воздействуя на какой-то единичный фактор, можно управлять процессами почвенного плодородия. Сейчас такой подход признается принципиально недопустимым, так как он не применим к очень сложным системам, «которые не допускают изменения только одного фактора за один раз, ибо эти системы столь динамичны и внутренне связаны, что изменение одного фактора служит непосредственной причиной изменения других, иногда очень многих факторов» (У. Р. Эшби, 1959). На базе нового системного подхода было сформулировано представление об иерархических уровнях структурной организации почвы, имеющее важное методологическое и методическое значение. Было показано, при исследовании почвы как природного тела необходимо различать, иерархическую серию последовательных уровней ее структурной организации, каждый из которых требует специфических методов и подходов исследования, контроля и управления. Наиболее низким, имеющим значение для почвы как целого, структурно-организационным уровнем является атомарный, с которым имеет дело исследователь при изучении естественной и искусственной радиоактивности почв. Материальными элементами этого уровня служат радиоактивные изотопы, присутствующие в почве или внесенные в нее. В качестве следующего уровня структурной организации почвы выделяется кристалломолекулярный, или молекулярноионный, в качестве элементов которого выступают молекулы и ионы в почвенном растворе и воздухе, а также на поверхности твердых почвенных частиц. Третий уровень структурной организации почвы — уровень элементарных почвенных частиц. Элементами этого уровня служат так называемые «элементарные почвенные частицы», выделяемые из почвы при гранулометрическом анализе в виде фракций разного размера. Группа этих частиц весьма неоднородна и включает как чистые мономинеральные зерна, так и полиминеральные образования, органоминеральные комплексы, органические глобулы разного состава и происхождения. Агрегатное состояние почв, почвенные агрегаты — четвертый структурный уровень организации почвы, включающий микро- и макроагрегаты, ее структурные отдельности. В понятие почвенных агрегатов включаются и специфические почвенные новообразования: конкреции, стяжения, натеки, пленки, ортштейны, новообразования солей, гипса, извести, не образующие сплошных горизонтов, плит, панцирей, а встречающиеся изолированно в почвенной массе. Следующий, пятый структурный уровень в почве обнаруживается при переходе от почвенного агрегата к горизонту Благодаря трудам В. В. Докучаева понятие о почвенном горизонте прочно вошло в науку и является фундаментальным в почвоведении, поскольку все свойства и параметры почвы приурочены в своих различных количественных проявлениях именно к определенным генетическим горизонтам в пределах почвенного профиля. Закономерные сочетания отдельных почвенных горизонтов дают почвенный профиль (почвенный индивидуум) или собственно почву как особое природное тело. Но поскольку это именно сочетание, живое и неразрывное, только в таком сочетании и проявляющее свою специфику единого целого, а не просто арифметическая сумма горизонтов, это и составляет новый структурный уровень почвенной организацииДальнейший анализ показывает, что разные почвы в природе постепенно сменяют друг друга, образуя различные комбинации и взаимодействуя друг с другом посредством агентов горизонтального переноса веществ (водные и воздушные потоки, сила тяжести на склонах, животные). Прихотливая мозаика почв составляет следующий, седьмой структурный уровень почвенной организации — уровень почвенного покрова. Важное методологическое значение имеет разработанная В. В. Докучаевым концепция почвы как зеркала ландшафта, основанная на представлении о том, что почва есть результат развития из материнской горной породы под совокупным воздействием вполне определенного сочетания факторов почвообразования в каждом конкретном случае, что фиксируется в строении, составе и свойствах существующих почв.В современных почвах сочетаются признаки и свойства: а) унаследованные от материнской горной породы; б) унаследованные от прошлых периодов и стадий почвообразования; в) являющиеся результатом длительного развития в продолжении всей истории образования данной почвы; г) являющиеся результатом действия современного почвообразования при современном сочетании факторов почвообразования. Соответственно генетический анализ почвы без исторического анализа факторов почвообразования ошибочен. Почва отражает не только современный комплекс факторов почвообразования, но и их прошлое состояние, не только современное состояние ландшафта, но и его историю. Докучаевский генетический метод позволяет на основе анализа современной почвы вскрыть историю ее развития и предсказать пути ее дальнейшей эволюции, пользуясь положением о почве как зеркале ландшафта. При этом консервативные признаки почвы необходимо сопоставлять с факторами почвообразования в их историческом развитии, в то время как современные сочетания факторов почвообразования обусловливают современные почвенные режимы и соответствующие им лабильные почвенные свойства и признаки. Соответственно на современном почвенном научном языке и в современном понимании почва — это не просто «зеркало ландшафта», а закодированная запись истории ландшафта и его современного состояния. Большое теоретическое и методологическое значение имеет концепция почвы как компонента биосферы, развитая В. А. Ковдой и его школой. Согласно этой концепции почва рассматривается диалектически как элемент почвенного покрова — специфической оболочки Земли, педосферы, как компонент биосферы — области сосредоточения жизни — и как подсистема в природных и антропогенных экосистемах. Такой тройственный подход к почве позволил особенно плодотворно развивать направление исследований, связанных с проблемами биологической продуктивности суши земного шара и создания управляемых экосистем. 

Развивая и углубляя идеи В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере, советские почвоведы на основании этой концепции внесли существенный вклад в исследование и теоретическое обобщение новейших проблем биосферы. В частности, накоплен огромный фактический материал по биологическому круговороту элементов в экосистемах биосферы (Б. Б. Полынов, Н. П. Ремезов, В. А. Ковда, С. В. Зонн, Н. И. Базилевич, Т. И. Евдокимова и многие другие). Вскрытые циклы особенно важных биофилов и их изменения под влиянием хозяйственной деятельности человека. Эти исследования явились основой как для понимания механизмов функционирования природных экосистем, так и для управления антропогенными экосистемами. Было показано, что биологическая продуктивность планеты опирается на нормальное гармоническое функционирование организмов и почвенного покрова в биосфере и прежде всего на исторически сложившиеся циклы химических элементов и потоки энергии. [7,8]

2.4. Методы почвенных исследований

В почвоведении используется широкий комплекс методов исследования почвы, адекватных ее специфике как природного тела.

Профильный метод, разработанный В. В. Докучаевым, лежит в основе всех почвенных исследований. Он требует обязательного изучения почвы с поверхности на всю глубину ее толщи последовательно по генетическим горизонтам вплоть до материнской породы и сопоставления изучаемых свойств или параметров почвенного профиля. Метод адекватно отражает природные закономерности вертикальной анизотропности почвы, развития почвообразовательного процесса и почвенных режимов.

Морфологический метод изучения строения почвенного профиля, разработанный также В. В. Докучаевым, является базисным при проведении полевых почвенных исследований и составляет основу полевой диагностики почв. В почвоведении используются широко все три вида морфологического анализа: макроморфологический при изучении почвы невооруженным глазом, мезоморфологический с применением лупы и бинокуляра, микроморфологический с помощью микроскопов вплоть до электронного. Морфологический анализ почвы является начальным этапом всех почвенных исследований.

Сравнительно-географический метод, основанный на сопоставлении почв и соответствующих факторов почвообразования в их историческом развитии и пространственном распространении, позволяет делать обоснованные заключения о генезисе почв и закономерностях их географии.

Сравнительно-исторический метод, базирующийся на принципе актуализма, дает возможность исследовать прошлое почв и почвенного покрова на основании изучения современной ситуации. Детальное изучение погребенных почв и почвенных горизонтов, реликтовых признаков почв и их сопоставление с современными процессами лежат в основе палеопочвоведения — науки о прошлых почвах и о признаках прошлых эпох в современном почвенном покрове.

Метод почвенных ключей, основанный на детальном генетико-географическом анализе небольших репрезентативных участков-ключей и интерполяции полученных таким путем заключений на крупные территории с однотипной структурой почвенного покрова, позволяет познать большие территориальные единицы с экономией средств и ресурсов.

Метод почвенных монолитов базируется на принципе физического моделирования почвенных процессов (передвижения влаги, солей, обмена ионов'и т. д.) на почвенных колонках (монолитах) ненарушенного строения, взятых особым образом из почвенного разреза.

Метод почвенных лизиметров широко используется для изучения процессов вертикальной миграции вещества в природных почвах. При этом почвенный монолит того или иного объема, в зависимости от целей исследования, погруженный в водонепроницаемую оболочку, помещается на свое место в природную почву, а исследованию подвергаются вытекающие из его нижней части растворы. Существуют разные модификации этого метода, разработанные для изучения разных процессов в разных условиях. Расширенным вариантом лизиметрического метода служит метод стоковых площадок: площадка определенного размера окружается до некоторой глубины, желательно до относительно водоупорного горизонта, водонепроницаемой стенкой в траншее. На стоковых площадках изучают поверхностный и внутрипочвенный горизонтальный сток, эрозию почвы.

Метод почвенно-режимных наблюдений применяется для исследования кинетики современного почвообразования на основе измерения тех или иных параметров (влажность, температура, содержание солей, гумуса, азота, других элементов минерального питания и т. п.) в одной и той же почве в течение длительного времени (вегетационный сезон, год, несколько лет) через заданные временные промежутки. Этот метод лежит в основе биосферного мониторинга.

Балансовый метод служит также для изучения кинетики почвообразования. В его основе лежит тот факт, что наблюдаемый в данный момент времени в почве запас какого-то вещества (воды, солей, азота и т. п.) или энергии является результатом изменения его исходного запаса за счет прихода и расхода в единице объема почвы за определенный промежуток времени.

Метод почвенных вытяжек основан на гипотезе о том, что каждый растворитель (вода, растворы разных кислот, щелочей или солей разной концентрации, органические растворители — спирт, ацетон, бензол и т. п.) экстрагирует из почвы при контролируемых условиях взаимодействия какую-то определенную группу соединений интересующего исследователя элемента. Метод особенно широко используется для изучения доступных растениям элементов питания, фракционного состава почвенного гумуса, подвижных соединений в почвах, процессов их миграции и аккумуляции, различных химических соединений тех или иных элементов.

Аэрокосмические методы в почвоведении включают, с одной стороны, инструментальное или визуальное изучение фотографий земной поверхности, полученных в разных диапазонах спектра и с разной высоты, а с другой стороны — прямое исследование с самолетов и космических аппаратов спектральной отражательной или поглотительной способности почвы также в разных областях спектра. Этими методами исследуется не только география почв, но и динамика ряда их важных параметров — влажность, плотность, солесодержание, гумусность.

Радиоизотопные методы в почвоведении применяются для изучения процессов миграции тех или иных элементов и их соединений в почвах и в экосистемах на основе меченых атомов (радиоактивных изотопов). Соотношение различных изотопов в почвах, например 12С:14С, используется для определения возраста почв.

Для анализа вещественного (гранулометрического, минералогического, химического) состава почв в почвоведении используется весь современный арсенал имеющихся в распоряжении науки физических, физико-химических, химических и биологических аналитических методов.

Наконец, необходимо отметить широкое распространение биогеоценотического или экосистемного метода, при котором проводится сопряженное одновременное изучение всех компонентов биогеоценоза: почвы, растений, животных, микроорганизмов, атмосферы, природных вод в определенных условиях географической среды. Важно подчеркнуть, что этот метод был разработан и впервые широко применен именно почвоведами на основе докучаевской теории почвообразования.

Полевые почвенные исследования включают экспедиционные и стационарные методы изучения почв: рекогносцировочные маршрутные почвенные обследования; картирование почвенного покрова в заданном масштабе; многолетние режимные наблюдения на специально подобранных и оборудованных стационарах, в том числе особенно в заповедниках природы и на опытных станциях; определение параметров тех или иных свойств почв в ненарушенном природном состоянии; эксперименты по мелиорации и трансформации почв, в том числе в производственных условиях; изучение отдельных типов почв по их репрезентативным разрезам; модельные эксперименты в природных условиях, в том числе с использованием лизиметров и стоковых площадок.

При лабораторных почвенных исследованиях проводят анализ вещественного состава почв, изучают их микроморфологию, различные физические и химические свойства, осуществляют физическое и математическое моделирование почвенных процессов, инструментальную обработку данных полевых работ.

В заключение надо подчеркнуть широкое использование в почвоведении системного методического подхода, при котором почва рассматривается, с одной стороны, как целостная система, состоящая из множества взаимодействующих подсистем-блоков, а с другой — как подсистема в экосистемах биосферы или экосферы. [9]

2.5. Главные направления и разделы почвоведения

Как всякая наука, почвоведение в своем историческом развитии дифференцировалось на ряд специализированных разделов в соответствии с теми или иными аспектами и методами изучения почвы

Фундаментальное, или общее, почвоведение, которое иногда называют педологией (от греч. pedon — почва), направлено на изучение всех особенностей почвы как природного тела. Прикладное, или частное, почвоведение состоит в изучении различных аспектов использования почвы человеком. Хотя деление почвоведения на фундаментальное и прикладное является довольно относительным и небезусловным, оно удобно для понимания структуры науки и ее исторической дифференциации.

В фундаментальном почвоведении обособилось несколько научных направлений в зависимости от различных аспектов рассмотрения почвы и методов ее изучения.

Первое из них, которое можно назвать педогностика, связано с изучением вещественного состава, строения и свойств почвы. В этом направлении выделились такие разделы почвоведения, как морфология почв, химия почв, физика почв, минералогия почв, биология почв. Изучение почвы ведется в соответствии с иерархическими уровнями ее структурной организации при примате почвенного профиля или, вернее, почвенного индивидуума как главного объекта исследования.

Вторым важнейшим направлением, которое условно можно назвать педографией, служит изучение пространственного распространения и природного разнообразия почв на земной поверхности в связи с общей географией природной среды. В этом направлении обособились такие разделы почвоведения, как география почв, картография почв, систематика почв, экология почв, оценка почв, почвенная информатика.

Третье направление общего почвоведения — это историческое почвоведение, связанное с изучением генезиса (происхождения, развития) и эволюции почв в контексте общей истории развития земной поверхности. Свои особые подходы и методы имеют здесь генетика почв и палеопочвоведение.

Четвертое направление можно определить как динамическое почвоведение, включающее исследования процессов почвообразования и современных почвенных режимов. Все перечисленные выше разделы почвоведения участвуют в развитии этого научного направления, каждый на основе своих особых подходов и методов. Изучаются взаимодействие биологического и геологического круговоротов веществ при почвообразовании, водный и тепловой режимы почвы, трансформация минералогического состава горных пород при почвообразовании и минеральные новообразования в почвах, процессы синтеза и разрушения почвенного гумуса, динамика окислительно-восстановительных и иных химических процессов в почвах, динамика состава почвенного воздуха, динамика доступных растениям соединений биофильных элементов и т. д. На основе достижений в этом научном направлении строится система управления почвенным плодородием. Именно на базе динамического почвоведения развиваются многие его прикладные аспекты. Особенно интенсивно в последние годы в рамках этого направления развивается моделирование почвенных процессов, как физическое, так и имитационное математическое.