Краткая история становления почвоведения как науки

Почвоведение — сравнительно молодая наука, оформившаяся в качестве самостоятельной отрасли естествознания лишь в конце XIX в. в результате гениальных открытий русского ученого В.В.Докучаева (1846—1903) — основоположника данной науки. Это не означает, что настоящий интерес к почвам охватывает такой незначительный период в жизни человечества. Напротив, собственно почва (или более употребительное в прошлом название — земля) была предметом его постоянной заботы и внимания. Впервые почва подверглась обработке для возделывания растений за 8 — 6 тыс. лет до н. э.

Весь временной отрезок, начиная от примитивной до современной высокомеханизированной обработки почв, человечество испытывало прямую зависимость от характера, свойств и продуктивности почв вне их географического расположения.

Такая зависимость росла от тысячелетия к тысячелетию, от века к веку, от года к году и наряду с накопленными эмпирическими данными о почвах неизбежно привела к их систематизации и осознанию того, что же такое почва. Оформившиеся к XIX в. геология и агрономия в наибольшей мере отвечали решению указанной задачи. Именно представители этих наук первыми попытались дать определение почве и сформулировать суть новой науки — почвоведения.

В так называемый додокучаевский период на базе агрономической науки в начале XIX в. немецкими учеными были выдвинуты две теории питания растений, стимулировавшие последующие открытия в области почвоведения: органическую (гумусовую) и минеральную.

Основатель органической теории А. Тэер главную роль отводил гумусу — органическому веществу почвы, определяющему ее плодородие.

Ю. Либих развивал минеральную теорию, считая, что только минеральные добавки в почву кардинально сказываются на плодородии почв. Сторонники обеих теорий питания растений рассматривали почву как органоминеральную смесь, как среду корнеобитания растений.

Концепции теории питания растений оформились в общее направление изучения почв, названное агрикультурхимическим. Почва, по определению, считалась адекватной пахотному слою и называлась пахотной. Причем качественная оценка таких почв была сравнительно простая. Они делились на хорошие, средние, плохие, пшеничные, картофельные и т.д.

Геологи Ф. Фаллу, Г. Берендт, Ф. Рихтгофен и другие, так или иначе изучавшие верхние слои Земли, предложили свои аргументы в отношении определения почвы и науки в целом, оформив тем самым независимо от агрономов геологическое направление в изучении почв. Они считали, что почва это либо оболочка выветривания всякой горной породы, либо грубообломочные продукты выветривания горных пород, такие как хрящ и щебень, либо известняки, мергель, песок.

Таким образом, почва рассматривалась как кора выветривания, как геологическое образование или продукт его разрушения и переотложения, при этом она теряла свою самостоятельность как природное тело.

Достижения агрономии и геологии в определении почвы и становлении почвоведения привели к оформлению агрогеологического направления, получившего широкое признание на западе также в силу его важной прикладной роли.

Итак, в додокучаевский период господствовали важные для почвоведения концепции агрогеологов, которые подготовили базу для дальнейших открытий. Вместе с тем, несмотря на предлагавшиеся определения почвы, ни одно из них не характеризовало ее как самостоятельное. Сама же наука никак не отделялась от агро-геологии. Время генерации идей и концепций еще не пришло.

Развитие учения о почвах в России в отличие от Западной Европы шло несколько иным путем. Оно эволюционировало от сельскохозяйственно-экономической оценки земель, в том числе путем картографирования, через агрономические и геологические знания к собственно количественной и качественной оценке самих почв и, в конечном счете, к их генетической характеристике.

Основу данному направлению заложило Вольное экономическое общество (ВЭО), организованное в 1765 г. в Петербурге. ВЭО было призвано систематизировать и сообщать полезные для сельского хозяйства сведения в области земледелия и экономики, предотвращать негативные явления, используя отечественный и иностранный опыт.

Уже в XVIII в. многих исследователей в России интересовал феномен чернозема — уникальной по своему плодородию почвы степных просторов европейской части России. Но только более чем через сто лет, в 1876 г., после нескольких засух, неурожаев и голода ВЭО организовало Черноземную комиссию, призванную всесторонне изучить эти почвы.

В эти же годы в России активно развивается агропочвоведение, основателем которого стал П.А. Костычев (1845—1895), автор первого учебника «Почвоведение» (1886). В агропочвоведении основной самостоятельной и отличительной характеристикой почвы считается ее плодородие. Эта концепция нашла много последователей в России и за рубежом, но так же, как и все предыдущие, не отражала в полной мере целостность почвы как естественного тела природы.

Возглавить исследования по изучению русского чернозема было доверено активному члену ВЭО молодому геологу Петербургского

Рис.1. Василий Васильевич Докучаев (1846-1903)

университета Василию Васильевичу Докучаеву (рис.1.), который уже имел экспедиционный опыт по изучению четвертичных отложений, строения и истории развития речных долин и оврагов в черноземных областях. В.В.Докучаев разработал программу работ, организовал экспедиции и сам принял в них участие. Он проехал на лошадях тысячи верст, сделал сотни описаний почвенных разрезов, геологии, рельефа, растительности этих местностей и отобрал для анализа многочисленные образцы почв и почвообразующих пород.

В 1881 г. В. В.Докучаев завершил исследования черноземов. В 1883 г. он опубликовал монографию «Русский чернозем» и защитил на ее основе докторскую степень. Ученый из России на базе многочисленных и оригинальных собственных работ, используя накопленный опыт предыдущих исследователей в области почвоведения, выдвинул совершенно новое представление о почве и науке в целом.

Докучаев показал, что почва не ограничивается только корнеобитаемым слоем, а имеет определенный генетический профиль (вертикальное строение) и представляет собой естественно-историческое тело природы, являющееся функцией нескольких почвообразующих факторов: климата, рельефа, горных пород, растительных и животных организмов, воздействующих на почву в совокупности и во времени.

Ученый обосновал новые методы исследования — почвенно-морфологический и сравнительно-морфологический, а также наиболее важный — сравнительно-географический, остающийся и по сей день ведущим в географических дисциплинах. На базе данного метода им была составлена первая настоящая почвенная карта (1882).

Докучаеву принадлежит приоритет в разработке учения о горизонтальной и вертикальной зональности, которое он окончательно обосновал после своих кавказских исследований в 1898 — 1899 гг.

Докучаев стал основоположником генетического почвоведения и совершенно нового направления в географии, базирующегося на комплексных сравнительно-географических исследованиях. Он создал великолепную школу учеников, которые продолжили его дело и впоследствии сами стали выдающимися учеными России: Н.М. Сибирцев, К.Д. Глинка, В.И. Вернадский, П.А. Земятченский, П.В. Отоцкий, А.Н. Краснов, Г.Н. Высоцкий, Л.И. Прасолов, С.С. Неуструев, А.И. Бессонов, Н.А. Димо, Б.А. Келлер, М.М. Филатов (автор первого учебника по географии почв) и др.

В 1888 г. при ВЭО была создана специальная Почвенная комиссия, которая в 1899 г. начала издавать журнал «Почвоведение». В 1913 г. Почвенная комиссия была преобразована в самостоятельный Докучаевский почвенный комитет во главе с К.Д. Глинкой, Л.И. Прасоловым и С.С. Неуструевым, а в 1925 г. — в Почвенный институт им. В.В. Докучаева.

Докучаевский период развития почвоведения отмечен мощным прорывом науки в области теории и методологии, географии и картографии почвенных исследований. Достаточно сослаться на почвенные экспедиции Главного переселенческого управления в Сибирь и Среднюю Азию начиная с 1908 г. Существенно расширяется сфера применения почвенных знаний в смежных науках, доминирует комплексный сопряженный подход к изучению почв и факторов почвообразования. Этот период характеризовался неоспоримым приоритетом русского почвоведения в мире.

В постдокучаевский период после гигантского скачка - синтеза всех

Рис.2. Связь почвоведения с другими науками

областей естествознания - почвоведение стало развиваться подобно дереву, от ствола которого появляются все новые ветви - отрасли единой науки. Всего за 100 лет почвоведение превратилось в зрелую, всеми признаваемую пограничную область естествознания (рис. 2).

Фундаментальные знания, полученные почвоведением, способствовали как возникновению новых областей естествознания, так и бурному развитию близких почвоведению дисциплин.

Современное почвоведения находится на этапе продолжающейся дифференциации знаний. В то же время назревает необходимость в синтезе разносторонних знаний о почве, накопленных всеми разделами почвоведения. Такой синтез возможен на основе новой парадигмы почвоведения (рис. 3), развития учения о факторах почвообразования, на основании концепции полей почвообразования, признания, что в основе биоразнообразия лежит почвенное разнообразие. «Почвы гораздо изменчивее во времени и в пространстве, чем растения и животные... Они (почвы) значительно более зависят и от местных условий: климата, растительности, горных пород, возраста этих последних и рельефа местности, и пр., и пр.» (Докучаев). Позднее ученые назовут почву «нервным центром» биосферы, ее следящей и управляющей системой.

Рис.3. Парадигма почвоведения

ПОНЯТИЕ О ПОЧВЕ И ФАКТОРАХ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Почва – это естественно-историческое самостоятельное тело, сформировавшееся в результате взаимодействия пяти факторов почвообразования: 1) почвообразующих пород; 2) биоты; 3) климата; 4) рельефа; 5) возраста страны. Т.о. почва есть функция от совокупного воздействия ряда факторов:

П = f (ПП, Б, К, Р, Вз) t + А

Значение этих пяти факторов было впервые показано Докучаевым, который и называл их факторами почвообразования.

1) Почвообразующая порода (ПП) – это горная порода, на которой образовалась почва. Оказывает большое влияние на состав и свойства почв: ГМС горной породы определяет ГМС почвы и её физические свойства: водопроницаемость, влагоемкость, пористость и т.д. Химический состав ПП влияет на агрохимические свойства почв и направленность почвообразовательного процесса. Например: засоленность ПП в условиях сухого жаркого климата вызывает формирование засоленных почв (солонцов, солончаков).

2) Так же большое влияние на процесс почвообразования оказывает биота. Чтоб лучше понять её роль в процессе почвообразования мы отдельно рассмотрим воздействие растительности, микроорганизмов и животных организмов.

а) растительность определяет количество, характер и состав органических остатков, которые служат исходным материалом для образования гумуса, аккумулируют элементы зольного и азотного питания растений в верхних горизонтах почв. При разложении растительных остатков (корневых, наземной травянистой массы и лесного опада) образуются сложные органические соединения, называемые гумусом.

б) микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли, простейшие) – являются пионерами почвообразовательного процесса и первыми поселяются на ПП. Они усваивают атмосферный азот, переводя его в форму сложных белковых тел, разлагают органические остатки и минерализуют их до простых солей, доступных растениям. Они участвуют в образовании гумуса, разрушении и синтезе многих минералов. Без них невозможно существование растительности и создание плодородия почв. Свое воздействие на почву микроорганизмы осуществляют благодаря ферментам – сложным органическим веществам, образующимся внутри их клеток и выделяемых ими наружу.

в)животные организмы, обитающие в почве черви, насекомые, землерои также участвуют в почвообразовании. Черви в процессе своей жизнедеятельности пропускают через свой пищеварительный тракт органические остатки и почву. Почва при этом пропитывается выделениями червей и переходит в форму склеенных комков (копролитов) и становится структурной. Одновременно черви проделывают огромное количество ходов в почве, увеличивая ее пористость, а следовательно и аэрацию. Словом они улучшают физические свойства почв. Землерои (слепыши, кроты и др.) проделывают в почве большое количество нор, а на поверхность выносят почву из внутренних слоев, образуя бугорки. Тем самым они перемешивают почву, изменяя ее сложение и микрорельеф местности.

3) Климат. Говоря о влиянии климата, в первую очередь следует рассмотреть такие его составляющие как осадки, температура, ветер, многолетняя мерзлота.

Осадки и температура определяют водный и тепловой режимы почв. От них же зависит влажность почвы, способность и характер разложения органических остатков, процесс минерализации. Так же эти факторы обуславливают направление движения водорастворимых солей по профилю почвы. В районах с холодным климатом органические и минеральные соединения выносятся в нижнюю часть профиля или в грунтовые воды. И, наоборот, в условиях жаркого сухого климата в пониженных элементах рельефа, где близко к поверхности залегают грунтовые воды, происходит подъем этих вод, а вместе с ними и растворимых в воде солей с последующим накоплением их в верхней части профиля.

Ветер вызывает процесс физического выветривания и дефляцию (ветровую эрозию). Под его влиянием происходит опесчанивание верхних горизонтов почвы, развитие каменистых и щебенчатых почв. Ветер также способствует засолению почв, путем приноса солей с поверхности соленых водных бассейнов на сушу.

Многолетняя мерзлота распространена на севере европейской части России. Она задерживает влагу в профиле почв, понижает температуру почв, резко тормозит разложение органических остатков и вызывает заболачивание. Так же препятствует вымыванию продуктов почвообразования.

4) Рельеф оказывает большое влияние на перераспределение влаги и на характер водного режима почв. На склонах в результате стока теряется часть влаги, а в понижениях же, наоборот, за счет этого она накапливается. Поэтому в отрицательных формах рельефа часто происходит переувлажнение и заболачивание. С рельефом так же тесно связан и уровень грунтовых вод: на возвышенных местах грунтовые воды опущены на большую глубину, чем в понижениях. Близкое залегание грунтовых вод на пониженных участках приводит к образованию болот, а при засоленности грунтовых вод и в условиях сухого жаркого климата – к формированию солончаков. Рельеф определяет и степень эрозии почв. Т.к. почвы сильнее подвергаются разрушению в условиях пересеченного рельефа. Рельеф влияет и на тепловой режим почв: северные склоны получают значительно меньше тепла, чем южные, поэтому хуже прогреваются, что в свою очередь отражается на водном режиме и характере растительности. Особенно велика роль рельефа в горных районах, где от абсолютной высоты зависит структура смены вертикальной зональности почв, а от экспозиции склонов – наличие на одной и той же высоте различных почв. На равнинных территориях микрорельеф определяет комплексность почвенного покрова, особенно ярко это выражено в сухих степях.

5) Возраст почвы. Под возрастом почвы (рис. 4) понимается время в

Рис. 4. Возраст почв

течение которого в данной местности длится почвообразовательных процесс. Различают понятие абсолютного и относительного возраста почв.

Абсолютный возраст почв - время, прошедшее с начала формирования почвы до настоящего времени. Он колеблется от нескольких лет до миллионов лет. Наибольший возраст имеют почвы тропических территорий, не претерпевших различного рода нарушений (эрозия).

Для северных областей он связан с периодом их освобождения от четвертичного оледенения и ледниковых вод, для ряда территорий – с морскими трансгрессиями. Например, в течение четвертичного периода территория России подвергалась оледенению, во время которого ледник наступал с севера на юг. После отступления его начался почвообразовательный процесс. Причем начался он раньше на тех территориях, которые, соответственно, раньше освободились ото льда. Поэтому черноземы старше дерново-подзолистых почв. Наиболее молодые почвы – почвы тундры, т.к. ее территория позднее всего освободилась ото льда.

Относительный возраст характеризует скорость почвообразовательного процесса, быстроту смены одной стадии развития почвы другой. Он связан с влиянием состава и свойств пород, условий рельефа на скорость и направление почвообразовательного процесса.

6) Кроме перечисленных факторов можно выделить ещё один не менее важный. Роль которого, особенно сильно проявляется в настоящий период и оказывает огромное влияние на почвообразование. В данном случае речь идёт о деятельности человека. Сюда можно отнести осушение и орошение почв, строительство гидростанций, вырубку и посадку лесов, создание прудов и водоемов, в свою очередь эти действия оказывают непосредственное влияние на водный режим. Лесные полосы и правильное воздействие с/х культур тормозят процессы эрозии. Внесение удобрений, известкование (кислых почв), гипсование (засоленных) – меняют химические свойства и питательный режим. С/х воздействие (посев и обработка) вызывают изменение комплекса физических, химических и биологических свойств и т.д. В то же время неправильное осуществление тех или иных мероприятий может привести к заболачиванию почв, развитию процессов эрозии, резкому ухудшению физических и химических свойств.