Почва как система

Смотрите также:

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

В.В. Докучаев

Павел Костычев

Д.Н. Прянишников

 Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ 

Полынов

Книги Докучаева

Криогенез почв  

Биогеоценология

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Черви и почвообразование

 Дождевые черви

Химия почвы

Биология почвы

Круговорот атомов в природе

Вернадский. Биосфера

Геохимия - химия земли

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Происхождение растений

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

Общая биология

Мейен - Из истории растительных династий

Биографии биологов, почвоведов

Эволюция

Микробиология

Пособие по биологии

Последнее время ознаменовано стремлением к системному подходу к проблемам науки. Не обошло оно и почвоведение.. Правда, уже локучаевская концепция почвы как самостоятельного тела природы и зеркала ландшафта означала системный подход к ней. Теперь эта традиция вновь вступает в силу.

Д. Дийкерман, отмечая роль информации и моделей в изучении «почвенных систем», утверждает, что почва в целом представляет собой открытую систему, разделяющуюся на ряд подсистем. Однако сама она является подсистемой биосферы (Dijkerman, 1974). В. А. Ковда (1974), по существу, так смотрит на почву и ее взаимосвязь с биосферой. Подчеркивая «незаменимость» почвенного покрова в природе, он пишет: «Гумусовая оболочка Земли — общепланетарный аккумулятор и распределитель энергии, вместилище большей части биомассы растений и животных, экран, удерживающий важнейшие для жизни элементы от геохимического стока в Мировой океан, пурификатор загрязнения атмосферы» (Ковда, 1978, с. 12). Этот важный вывод основывается на самых последних достижениях почвоведения и некоторых других наук, он отражает системный подход к почве, но следовало бы добавить положение о незаменимости почвы как регулятора гидрологического режима суши и, может быть, сказать о незаменимости почвы как производительной силы.

Энергетика почвообразования привлекла внимание В. Р. Во- лобуева, рассчитавшего энергоемкость разных почв, среди которых черноземы занимают высшую ступень, а также С. А. Алиева и К- Рэуцэ (Румыния). И. Сабольч показал, что энергия, накопившаяся в почвах Венгрии, рассчитанная в калориях, составляет более 60% энергетических ресурсов страны, включая уголь, нефть и газ (Сабольч, 1979). На Десятом съезде почвоведов Румынии (1979 г.) оценка почвы как энергетического ресурса признана важнейшей задачей. Главным носителем энергии в почве служит гумус, что давно отмечалось исследователями (Ваксман, 1937; Вильяме, 1949, IV).

Для современной трактовки органического вещества почвы (происхождение, состав, строение, специфика, взаимодействие с минеральной частью, роль в плодородии) очень важны экспериментальные исследования В. Флайга, Ф. Д;о- шофура, П. Финча, И. Канно, С. Токудоме, Л. Н. Александр >- вой, В. В. Пономаревой, Д. С. Орлова и др.

Наиболее крупной работой в этой области, переведенной на ряд языков, является известная монография М. М. Кононовой; в ней гармонично сочетаются биохимические и физико-химические подходы к характеристике гумуса почвы. Автором охарактеризованы основные исторические этапы развития учения о почвенном гумусе, уделено много внимания сравнительной оценке различных методов изучения состава и свойств гуминовых веществ, предложены свои методики их анализа, которыми широко пользуются во многих почвенных и агрохимических лабораториях в СССР и за рубежом. В рассматриваемой монографии рельефно подчеркнуто значение гумуса почвы для ее плодородия, намечены пути его сохранения и накопления в почвах (Кононова, ' 1963).

Почва -- биокосное тело, по В. И. Вернадскому, является не только порождением жизни, но и источником ее. Это старое положение, красиво сформулированное еще А. Тэером, получило сейчас много фундаментальных подтверждений. Роль почвы в жизни растений -- диких и культурных — общеизвестна. Эта роль хорошо показана в последнем издании книги Э. Рассела «Почвенные условия и рост растений» (1955) с использованием новейших данных по физике, химии и биологии почв, в ряде других зарубежных монографий (Блек, 1973; Firman Bear, 1955; Gaucher, 1968). В СССР выделяются обстоятельностью и широтой охвата вопроса проведенные в разных регионах экспериментальные исследования биологической продуктивности почв и фитоценозов суши, выполненные Л. Е. Родиным, В. А. Ковдой, Н. Н. Розовым и главным образом Н. И. Базилевич, которая предложила ряд концептуальных моделей процесса биологического круговорота веществ. Установлено, что агроценозы далеко не всегда превосходят по продуктивности естественные сообщества.

Значение почвы в жизни животных, особенно беспозвоночных, было изучено гораздо слабее. По существу, почвенная зоология возникла в последние 20—25 лет. В крупных английских и немецких работах по этому вопросу (Kevan, 1962; Miil- ler, 1965) главный упор делается на систематику, а не на экологию почвенных животных. Общепризнанным лидером почвенной зоологии в широком ее понимании является М. С. Гиляров, в течение 40 лет изучающий со своими сотрудниками почвенных животных во многих районах СССР и мира. В двух монографиях о роли почвы как среды обитания насекомых и членистоногих он показал, что развитие наземной животной жизии началось только после возникновения почвы, которая своей сложной организацией защищает животных от перегрева, высыхания и других вредных воздействий (Гиляров, 1949, 1970). Однако и животные сильно влияют на почвы, и, кроме того, по ним можно ее диагностировать. Этому посвящена книга М. С. Гиляров:! «Зоологический метод диагностики почв». Термин «диагностика > понимается широко: речь идет об использовании зоологических методов и объектов для обоснования вопросов типологии почв, для сопоставления удаленных друг от друга ареалов сходных или близких почв, для биологической характеристики тех изменений в почве, которые происходят под влиянием антропогенной трансформации ландшафтов, например при сведении и посадке лесов, орошении крупных территорий и т. д. Сравнительное изучение фауны позволяет оценить степень интенсивности этих воздействий. При орошении сероземов в них радикально изменяются численность и видовой состав фауны, при этом появляются значительно более гидрофильные виды, а чисто ксерофиль- ные исчезают. В отличие от этого на осушенных торфяно-болот- ных почвах Полесья исчезают типичные водолюбы и на смену им приходят виды, свойственные зональным дерново-подзоли- стым почвам (Гиляров, 1965).

По численности беспозвоночных в почве можно суммарно оценить ее плодородие. Так, по исследованиям Ротамстедской опытной станции под влиянием длительного применения органических и минеральных удобрений урожай зерна пшеницы увеличился в три раза, численность мелких почвенных животных — тоже в три раза, дождевых червей — в 2,2 раза (Рассел, 1955). Высокая достоверность цифр, получаемых в Ротамстеде, известна, поэтому показатели численности почвенных животных можно относить к характеристикам плодородия почвы и, вероятно, фаунистические данные можно использовать наряду с другими для целей бонитировки почв. М. С. Гиляров пишет о перспективности зоологической мелиорации почв путем искусственного их заселения нужными беспозвоночными. В Австралии успешно проведены опыты в этом направлении.

Расширились представления о микробном почвенном ценозе. Э. А. Штина и М. М. Голлербах показали большую роль почвенных водорослей в фиксации атмосферного азота и в процессах выветривания (Штина, Голлербах, 1976); этому посвящены также исследования Т. В. Аристовской. Долгое время господствовал взгляд, что почвенные микроорганизмы космополитичны и зональность по отношению к ним проявляется слабо. Анализ многолетних материалов по почвам разных зон привел Е. Н. Ми- шустина к выводу, что, несмотря на широкое распространение микроорганизмов, для них существуют зоны оптимального размножения; отдельные почвенные типы отличаются составом доминантных микроорганизмов: «Каждому почвенному типу свойствен характерный микробный пейзаж» (Мишустин, 1975, с. 101). Аналогичные данные по отдельным группам микроорганизмов получены в США А. Клюйвером, С. Ваксманом и др. Окультуривание почв и удобрения сильно воздействуют на состав микронаселения почвы, но не нарушают принципиально типовую картину. Таким образом, биологическая продуктивность почв, состав и «работа» в них животных и микроорганизмов подчиняются типологической закономерности распределения почв по земной поверхности. Почва и свойственный ей биоценоз образуют единое целое, систему, которую можно рассматривать как биогеоценоз (Сукачев, 1975).

Большое развитие благодаря новым физическим и химическим методам (рентгенография, термография, электронная микроскопия, спектрография, полярография и др.) получили минералогия и физико-химия почв. Этому посвящено огромное число работ во всех странах. Каждому типу почв свойственны особые вторичные минералы, и создающиеся сейчас количественные методы позволят диагностировать типы почв по этому признаку. Сравнение двух сводок, которые отделяются 35 годами (Антипов-Каратаев, 1943; Горбунов, 1978), однако, показывает, что успехи в этой области еще недостаточны.

По существу, в последние десятилетия возникло повое и обширное направление по изучению содержания, миграции и аккумуляции в почвах микроэлементов. В. И. Вернадский еще 60—70 лет назад предсказал большое будущее этому циклу исследований. Крупным обобщением явилась вышедшая в 1957 г. книга А. П. Виноградова «Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах». Сейчас по большинству стран и типов почв имеется обширный материал по валовым количествам и в меньшей мере по подвижным формам микроэлементов в связи с потребностью в них растений. Опубликованы сводные работы по СССР, США, странам Европы, Австралии (Я. В. Пейве, Н. Г. Зырин, В. А. Ковда, И. В. Якушевская, П. А. Власюк, В. В. Ковальский, М. Джексон, Г. Лодело, И. Бежеску, К. Тиллер, Р. Мак Кензи).

Поведение, формы и содержание в почве основных элементов питания растений — азота, фосфора и калия — освещено, вероятно, в сотнях тысяч публикаций. В связи с ростом производства удобрений во многих странах ведется систематическое картографирование содержания подвижных форм этих элементов, как правило, лишь в пахотном горизонте почв. В СССР завершено уже два тура такого картографирования. Его результаты используются при установлении норм удобрений; при расчетах применяются ЭВМ, начато картографирование ряда микроэлементов — марганца, бора, цинка, меди и др. Установлена аккумуляция почти всех биогенных микроэлементов в черноземах, а водных мигрантов — в засоленных пойменных и делювиальных почвах.

Почва интенсивно изучалась как физическая система в связи с задачами ее обработки, управления водным режимом в сухом и орошаемом земледелии. Крупнейшие обобщения но гидрологии почв принадлежат А. А. Роде. В двухтомной монографии «Основы учения о почвенной влаге» этот выдающийся исследователь предложил современную концепцию форм и категорий почвенной влаги, типов водного режима, строения гидрологического профиля разных почв, условий накопления и экономного расходования влаги в земледелии (Роде, 1965, 1969). А. А. Роде развивая идеи Г. Н. Высоцкого, связывал с водным и солевым режимами различных почв условия лесопроизрастанпя; при этом он установил показатели засухоустойчивости и солеустойчивости ряда деревьев и кустарников. Важное значение для многих разделов почвоведения имеет книга А. А. Роде по характеристике экспериментальных методов, используемых в этой науке (Роде, 1971).

Известный американский специалист по эрозии и охране почв А. Конке тоже выпустил солидную сводку по физике почв. (Копке, 1968).

Вопросы гранулометрии почв разрабатывались в США В. Кильмером, Л. Алсксандером, в Индии для карбонатных почв К. Даваном, Б. Ханди, в Австралии Т. Маршаллом, предложены стандартные «международные методы» проведения гранулометрического анализа почв. Всесторонняя сводка по гранулометрии почв с хорошим разбором истории вопроса была издана в СССР (Качинский, 1958). Совершенно новым направлением в экспериментальном почвоведении явилось изучение микроморфологии почв в тонких шлифах, родоначальником которого был ученый из ФРГ В. Кубиена (Kubiena, 1953). Этим методом теперь пользуются многие, он вскрывает внутреннее строение и организацию почвенной массы («плазмы»), помогает расшифровывать такие процессы, как лессиваж, оподзоливание, оглинивание, миграция карбонатов и др. (Добровольский, 19776; Парфенова, Ярилова, 1977). В целях унификации терминологии и облегчения чтения специальной литературы Международной группой по микроморфологии почв подготовлен и в 1979 г. издан в Нидерландах объемистый словарь по микроморфологии почв на пяти языках: английском, французском, немецком, испанском и русском.

Детищем нового времени явилось довольно широкое проникновение математических методов в почвоведение. Еще В. В. Докучаев, говоря о важности «цифрового обозначения» почв, утверждал, что «почвоведение сделается действительно точной наукой». По мнению Г. Иенни, в «этих словах Докучаева заключается пророческое проникновение в самую основную теоретическую проблему почвоведения, заключающуюся именно в количественном решении уравнения почвообразующих факторов» (Иенни, 1948, с. 34). Подчеркивалась роль Докучаева в данном аспекте и другими американскими авторами (Ва- sinski, 1959; Simonson, 1952). Много в этом отношении сделал сам Г. Иенни, хотя, как уже отмечалось, ему свойственна односторонность в понимании почвы. Теперь Ф. Гиббоном, Б. Евери, Р. Арклеем, Р. Протцем предложены варианты математических моделей профиля почвы и процесса почвообразования, но они еще далеки от реальности. Гораздо успешнее применялись методы математической статистики (корреляционный, регрессионный, дисперсионный анализы и другие подходы) к обсчету и интерпретации цифровой почвенной информации. В 1972 г. Е. А. Дмитриев выпустил руководство «Математическая статистика в почвоведении»—первое в мировой практике. Для применения математики в классификации почв предложены алгоритмы и комплексы программ для почвенных профилей, горизонтов, по пока еше возможно решение лишь частных классификационных задач (Фридланд, Рожков, 1975; Kinder- man, Delecour, 1977; Rozhkov, 1974).

В ряде мест, особенно в странах с относительно небогатым набором почв — Нидерландах, Новой Зеландии, Австрии, Швеции, а также в отдельных районах СССР, США, Канады, Франции созданы банки почвенной информации, которую можно извлекать по мере необходимости в любых аспектах и комбинациях. М. Киидерман и Ф. Делекур показали, как был организован подобный банк данных в Бельгии, которая располагает достаточной цифровой информацией по почвам (Kinderman, Delecour, 1977). В СССР издан первый статистический справочник по составу и свойствам почв Молдавии (Статистические параметры..., 1978). Очень обстоятельную работу по моделированию процесса засоления и осолонцевания почв провели В. А. Ковда и И. Сабольч (Kovda, Szabolcs, 1979).

Системный подход к почвам проявился в учении И. П. Герасимова об элементарных почвенных процессах и необходимости положить в основу классификации почв «современную докучаев- скую формулу»: свойства — процессы — факторы (Герасимов, 1976). Этот подход сказался на построении коллективного труда по классификации и диагностике почв СССР, в котором ведущую роль играла Е. Н. Иванова (1976), а также Н. Н. Розов и В. М. Фридланд.

Современная советская классификация почв, насчитывающая уже более ста их типов, основывается на учете генезиса, свойств и экологии почв. Это можно показать па примере черноземов, которые разделены на подтипы: оподзоленные, выщелоченные, типичные, обыкновенные, южные, но одновременно и по биоклиматическим фациям: черноземы центральной фации приняты за эталон, юго-западные названы теплыми, или мицеляр- но-карбонатными, сибирские — холодными, забайкальские — глубокопромерзающими (Черноземы СССР, 1974, 1).

В. М. Фридланд, И. А. Соколов выдвинули идею о «базовой классификации» почв, в которой должны учитываться также элементы водного и теплового режима почв, сочетание современных («почва-момент») и реликтовых («почва-память») процессов (И. А. Соколов, В. О. Таргульяп).

Для понимания истории почв важное значение имеют радиоуглеродные исследования абсолютного возраста почв, их отдельных горизонтов и почвенного гумуса (И. П. Герасимов, Е. В. Ру- билип, Ф. Дюшофур, Ж. Этье). Этот метод сыграл также большую роль в геологии, где свойства и особенности погребенных почв помогли решению спорных вопросов возраста и стратиграфии осадочных горных пород (Чалышев, 1978).

Системный подход распространился и на географию почв. Аспекты зонального учения, почвенного районирования дополнились качественно новым методом интерпретации почвенпо- географических явлений — учением о структуре почвенного покрова, т. е. выявлением и изображением на картах пространственных смен элементарных почвенных ареалов и тех комбинаций (комплексов, пятнистостей, сочетаний, вариаций, мозаик, ташетов), которые они образуют. Основатель этого направления B.       М. Фридланд сформулировал теоретические основы учения о структуре почвенного покрова и показал его практическую значимость для картографии почв и ряда прикладных решений— землеустройства, мелиорации (Фридланд, 1972). Вся система методов исследования, применяемых в почвоведении, рассмотрена в работе Л. Л. Роде (1971).

Последние годы ознаменовались упорядочением структуры и понятийных аспектов почвоведения. Этому способствовало издание в СССР «Толкового словаря по почвоведению» (1975), почвенного словаря на пяти языках (русском, английском, французском, немецком, румынском), подготовленного А. Коня, А. Какаракэ, И. Вентила и изданного в Румынии (1977), а также технически хорошо выполненных атласов-справочников с цветными изображениями профилей почв и подборками осред- ненных цифровых показателей. Такие атласы изданы в ФРГ, США, Нидерландах, Румынии, Югославии. Интересен почвенно- эмлтогический атлас Ф. Дюшофура (Duehaufour, 1977). Такие атласы изданы в 1979 г. для почв СССР и отдельно для Украины. Следует упомянуть ряд капитальных учебников почвоведения и агропочвоведения (Дюшофур, 1970; Кауричев и др., 1975; Ковда, 1973; Gracanin, 1951; Stebut, 1953; Tisdale, Nelson, 1975). Окрепло специальное почвенное образование: в 1973 г. в Московском государственном университете создан факультет почвоведения. Такой же факультет есть в Оксфордском университете. Изданы некоторые научно-популярные работы но почвоведению, что содействует ознакомлению с ним относительно широкого круга читателей. Почвенные карты систематически включаются в научные справочные и учебные атласы.

В заключение перечислим некоторые разделы почвоведения, которые в последнее время имели важное значение для практики. Это прежде всего исследования по эрозии почв и борьбе с ней. Еще в 50 -60-х годах появились прекрасные работы американских ученых, в которых рассматривались сущность и особенности процесса эрозии, предлагалась стройная система мер борьбы с ней, и в целом она рассматривалась как важнейшая национальная проблема (Беннет, 1958; Конке, Бертран, 1962). В советской литературе известна аналогичная монография

C.        С. Соболева (1948), в которой, в частности, с большой полнотой рассмотрена история борьбы с почвенной эрозией и оврагами в России и в СССР. В последующие годы успешные про- тивоэрозионные исследования в СССР вели А. И. Бараев, М. Н. Заславский, выпустивший в 1979 г. монографию по эрозии почв, а также С. И. Сильвестров, Д. Л. Арманд и др. Крупные исследования по этой проблеме велись также в Канаде,

Китае, Австралии, Румынии, Болгарии, Чехословакии и других странах.

На важные рубежи вышло лесное почвоведение, так как проблемы правильного использования лесных ресурсов, их воспроизводства крайне обострились во многих регионах мира. Как еще раньше показали Э. Эбермайер, Э. Раманн, В. В. Докучаев, Г. Ф. Морозов, В. Н. Сукачев, истинная лесная культура невозможна без знания почв и их режимов. Лесные почвы США рассмотрены в монографии С. А. Вильде (Wilde, 1958); близкий характер имеет книга П. Стефановича по Венгрии (Stefano- vits, 1971). В Болгарии издан курс лесного почвоведения, где обобщен опыт в этой области своей страны, СССР, США, Румынии, Чехословакии (Донов, 1973). Итоги развития лесного почвоведения недавно сформулировал С. В. Зонн (19776).

Во многих странах (СССР, Польша, Болгария, Венгрия, ГДР) возобновился интерес к бонитировке почв как основы экономической оценки земель. При этом получили полное признание и дальнейшее развитие идеи В. В. Докучаева и Н. М. Сибирцева и опыт Нижегородских работ прошлого века (Гаврилюк, 1974). Этих же принципов придерживаются почвоведы Румынии, но они при оценке земель шире, чем в других странах, учитывают роль климата и рельефа (Teaci, 1970). Из почвенно- мелиоративных проблем, выходящих, строго говоря, за пределы почвоведения, отметим крупные успехи в последние годы «рисового почвоведения», зародившегося в Японии и Индии много FCKOB назад. Теперь искусственные во многом рисовые почвы стали объектом внимания японских, индийских, таиландских, вьетнамских ученых. Ватанабе, изучив рисовые почвы Японии, показал важность известкования для борьбы с их «деградацией» и высокую фиксацию в них азота синезелеными водорослями. Он установил, что из 3 млн. га рисовых почв страны более 500 тыс. га сильно оподзолены и утратили плодородие. В Индии Чаудхури и Уппал тоже изучали вопросы известкования рисовых почв и сделали пенные предложения по повышению в них фиксации азота путем подбора активных рас водорослей. По этим вопросам в Японии издана капитальная сводка, переведенная на русский язык (Мицуи, 1960).

Пятое — седьмое десятилетие XX в. внесло в почвоведение много принципиально нового: весь мир теперь охвачен почвенными исследованиями разного аспекта, неизмеримо возросло их практическое значение, составлены достаточно подробные мировые почвенные карты, достиг больших успехов системный подход к почве и ее использованию, в почвоведение впервые внедрились математические, а также многие новые физические и химические методы. Почвы заняли прочное место в глобальной экологии и учении о биосфере, возникли новые направления, такие, как почвенная зоология, учение о микроэлементах почвы.

К содержанию книги: Крупеников И. А. «История почвоведения (от времени его зарождения до наших дней)»