Вальков - Почвоведение

из важнейших ее свойств — способность почвы активно взаимодей­ ствовать с корневыми системами и обеспечивать их урожай, т. е. об­ ладать плодородием.

На основе идей В. В. Докучаева, П.А. Костычева, В. Р. Вильям­ са и др. ученых в современном почвоведении принято следующее определение понятия почвы. Почва — это обладающая плодороди­ ем сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени. Полифункциональность почвы заключается в том, что она является одновременно природным телом, средой обитания многих живых организмов, средством сель­ скохозяйственного производства и т. д. Поликомпонентность почвы определяется огромным разнообразием входящих в ее состав органи­ ческих и неорганических веществ. Эти вещества представлены различ­ ными физическими фазами (многофазность): твердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и особо выделяемой живой фазой (организмы). Почва является открытой системой, поскольку постоянно обменива­ ется веществом и энергией с окружающей ее средой.

Роль ПОЧВЫ В ПРИРОДЕ И ОБЩЕСТВЕ

Почвы имеют особый органо-минеральный состав. В процессе по­ чвообразования происходит накопление гумуса и других сложных органических соединений. Почвы обогащаются также биогенными вторичными алюмосиликатными минералами, биофильными элемен­ тами и, таким образом, приобретают особое свойство — плодородие. Как следствие плодородия почвенный покров обладает способнос­ тью обеспечивать рост и продуктивность растений, т. е. производить урожай. Это свойство почвы является одним из условий существо­ вания человека и возникновения сельского хозяйства со всеми его отраслями.

Каждая почва отличается особым строением. В связи с тем, что почва возникла и развивается в результате совместного воздействия на горные породы воды, воздуха, солнечной энергии, живых орга­ низмов, строение почвы отражает местные особенности природных условий.

Почвенный покров и растительность представляют собой неразделимое единство — мировую почвенно-экологическую систему, в которой растения и почвы живут совместно. Растительность на суше появилась около полумиллиарда лет назад. Тогда же возник почвоо­ бразовательный процесс, который прошел очень сложную историю, тесно связанную с историей всего живого на нашей планете.

Почвенный покров суши в настоящее время насчитывает около двухсот типов почвообразования. Наблюдаемые современные подзо­ лы, серые и бурые лесные почвы, черноземы, красноземы и другие почвы имеют различный возраст и возникли вместе с развитием живой природы в разные геологические эпохи. Они появлялись и исчезали на Земле, суша сменялась морем, морское дно становилось сушей, пу­ стыни замещались лесами, ледники выпахивали громадные площади. Однако почвообразовательные процессы следовали за растительными сообществами, исчезая и возникая вновь, сменяя друг друга вместе с изменением всей географической среды.

Солнце — главнейший источник энергии в биосфере. Нормальное функционирование биосферы зависит от поступления солнечной энер­ гии и фотосинтеза растений. Этот важнейший процесс, связывающий солнечную энергию в растительном органическом веществе, немыслим без огромной роли почвенного покрова и его плодородия.

Запасы фитомассы на нашей планете громадны. Они составля­ ют 99% от всего живого вещества Земли. Большая часть этого ве­ щества сосредоточена в почвенных горизонтах. Например, травы на 60—80% состоят из корней. Как подземная часть растений, так

инадземная масса служат источником питания растительноядных животных, а те, в свою очередь, становятся добычей хищников или после отмирания поедаются другими животными и дальше — ми­ кроорганизмами.

Вконечном итоге все органическое вещество так или иначе по­ падает в почву. Именно здесь наблюдается наибольшая концентра­ ция организмов. Почва — незаменимый аккумулятор биологической энергии в биосфере. Преобладающая масса живого вещества суши

ипотенциальной биологической энергии сосредоточена в почвенном покрове Земли.

Витоге биологического преобразования растительных и животных остатков в почвах происходит накопление особых органических ве­ ществ — почвенного гумуса. В нем консервируются многие жизненно

12 П о ч в о в е д е н и е

необходимые элементы, закрепляется энергия солнца, которая когдато вначале была накоплена зелеными растениями.

Однако гумус не вечен. Он медленно и постепенно разлагается микроорганизмами, освобождая закрепленные элементы, необходи­ мые растениям, тем самым обеспечивая их питание. Также постепенно высвобождается закрепленная в нем энергия. В.А. Ковда назвал гу­ мусовые горизонты йочв гумосферой, непрерывной оболочкой суши. Это важнейший общепланетарный результат почвенного биогенного превращения горных пород.

В почвах происходят различные явления интенсивного разруше­ ния химических соединений как органической, так и минеральной природы. Результатом всех биологических превращений органиче­ ских веществ растительных, животных остатков и почвенного гу­ муса является их минерализация, т. е. переход в почвенные раство­ ры неорганических соединений — солей, кислот, углекислого газа и т. д. Разрушаются также силикатные и алюмосиликатные минералы почвы, которые достались ей в наследство от материнской породы. Много процессов участвует в этом разрушении. Почвоведение дает им сложную классификацию. Но главнейший результат всех этих яв­ лений — появление простых химических соединений, переход в по­ чвенные растворы химических элементов, которые входили в состав минералов почвы.

В биосфере вряд ли можно найти место, где биогеохимические про­ цессы разрушения веществ разной природы происходят столь интен­ сивно. Это обусловлено тем, что в почве происходит сложный контакт

ивзаимодействие всех природных сил: живое вещество, вода, воз­ дух, температура, взаимодействие различных химических соединений

ит. д. Но главное — всепобеждающее действие живых организмов

ипродуктов их жизнедеятельности во всех явлениях. И в итоге всех этих процессов в подвижное (миграционное) состояние переходят практически все химические элементы, а в почве присутствуют прак­ тически все элементы периодической системы Менделеева. Почва — единство противоречий. Ее функционирование определяется как обя­ зательным закреплением и аккумуляцией сложных химических ве­ ществ разной природы, так и обязательным переходом в растворимое подвижное состояние очень многих химических элементов.

Сложна и многообразна судьба в почве различных химических элементов и их соединений. Одни из них, которые необходимы для

В в е д е н и е И

жизни, сразу же перехватываются и усваиваются растениями. Они требуются в различных количествах. Много нужно для живых орга­ низмов кислорода, азота, фосфора, калия, кальция, кремния, магния и т. д. Это макроэлементы. Но обязательно важно присутствие в не­ больших количествах и многих других элементов —микроэлементов: йод, молибден, кобальт, бор, цинк, медь, фтор и т. д.

Соотношение химических элементов в живом веществе и в горных породах различно. В почвах постоянно аккумулируются, закрепля­ ются и переходят в подвижное состояние те химические элементы, которые обеспечивают жизнь. Избирательное накопление элементов в почвах возможно только при участии растений. Их корни ищут эти элементы глубоко в породах, перехватывают каждую частицу веще­ ства, необходимого для жизни. В этом заключается процесс биологи­ ческой аккумуляции химических элементов жизни.

Растения, накапливая в своем веществе элементы-биофилы, затем передают их почвенному гумусу и другим соединениям, тем самым постоянно улучшая среду обитания. Почвы закрепляют нужные для жизни химические элементы и становятся начальным звеном последу­ ющего усвоения и миграции этих элементов по цепям питания многих групп организмов. Но в конце концов они снова приходят к почве.

Не все химические элементы почвенных растворов усваивают­ ся растениями. Они часто находятся в избыточных количествах и под влиянием нисходящих потоков воды, промывающих почвы еже­ дневно, вовлекаются в миграционные потоки. То есть почвенный по­ кров — начальное звено миграции многих химических элементов. С почвенными растворами они появляются в родниках. Химический со­ став воды наших рек в конечном итоге зависит от химического состава почвенных растворов тех территорий, откуда текут реки.

Речные артерии — наиболее распространенные пути миграции хи­ мических веществ, покинувших почвенный профиль. Они могут за­ канчиваться или во внутренних замкнутых обширных озерах конти­ нентов, таких как Аральское, Каспийское, некоторые озера в Афри­ ке, или же, большей частью, в морях и океанах. Соленая вода морей и океанов нашей планеты во многом обязана многомиллионолетнему стоку вод, прошедших через почвенные горизонты.

Почвенный покров выполняет в биосфере еще одну важнейшую роль. Он, как и Мировой океан, —очиститель (пурификатор) плане­ ты. В почве завершается разрушение многих органических и органо­

минеральных соединений. Почва —приемник разнообразных отходов хозяйства и жизнедеятельности. Благодаря высокой концентрации жизни в почвах и проявляется это свойство утилизировать, разлагать то, что оставляют после себя живые организмы. Способность почвы как пурификатора используется в некоторых городах для очистки ка­ нализационных и промышленных вод. Создаются специальные поля орошения, на которые поступают сточные воды и эффективно в по­ чвенной среде проходят биологическую очистку.

Почва по отношению к человеческому обществу имеет двойствен­ ную природу. Во-первых, это базис, физическая среда, жизненное пространство для сооружения, размещения жилищ, населенных пун­ ктов, промышленных предприятий, дорог, мест отдыха и т. д. Во-вто­ рых — экономическая основа существования людей, основное сред­ ство производства в сельском хозяйстве, выступающее как предмет и орудие труда одновременно.

Взаключение отметим, что необходимо различать понятия «почва»

к«земля», как это характерно для других языков (лат. solum-terra, англ. soil-land и т л ). Земля —понятие более сложное, включающее в себя не только почву, но и определенную часть земной поверхности

»определенном географическом пространстве. Это окружающая нас географическая обстановка: ландшафты, поселки, города, леса, луга, сады, пашни, водные пространства и т. д. И, конечно, Земля — нашание одной из планет Солнечной системы, на которой мы живем.

Исходя из вышеизложенного можно определить особенности по­ чвы как природного тела, ее биосферные функции и сельскохозяй­ ственное значение.

Особенности почвы как природного тела:

1.Почва занимает определенное место на нашей планете —это по­ верхностный горизонт земной коры, образующий небольшой по мощности слой. Почвенный покров Земли образует педосферу. Верхняя граница почвы — поверхность раздела между почвой и атмосферой; нижняя граница — глубина проникновения по­ чвообразовательных процессов (определение нижней границы

почвы достаточно условно). Почва — неотъемлемая часть на­ земных биогеоценозов.

I.Почва — глобальный результат возникновения и эволюции жизни на Земле, взаимодействия биоты с горными породами, выходящими на поверхность суши.

3.Процессы в почве включены в сложные круговороты вещества

иэнергии на Земле (геологический и биологический).

4.Почва —природное образование, уникальное по сложности ве­ щественного состава.

5.Для почв характерна сложная пространственная организация

идифференциация признаков, свойств и процессов.

6.Общее и важнейшее качество почв — плодородие. Биосферные функции почвы:

1.Обеспечение существования жизни на Земле (почва — след­ ствие жизни и одновременно условие ее существования).

2.Обеспечение постоянного взаимодействия большого геологиче­ ского и малого биологического круговоротов (циклов) веществ на земной поверхности.

3.Регулирование химического состава атмосферы и гидро­ сферы.

4.Регулирование биосферных процессов, в частности плотности жизни на Земле.

5.Аккумуляция органического вещества и связанной с ним хими­ ческой энергии.

Сельскохозяйственное значение почвы состоит в том, что она является основным средством сельскохозяйственного производства, предметом труда и в известной степени продуктом этого труда. В на­ стоящее время благодаря почвенному плодородию человечество по­ лучает 98% продуктов питания, а также древесину, несинтетические продукты для разнообразных производств и многое другое.

П о ч в о в ед ен и е в си с тем е наук

Почвоведение принадлежит к наукам о природе, т. е. является естественнонаучной дисциплиной. Оно тесно соприкасается с фун­ даментальными науками (математика, физика, химия), естествен­ но-историческими (биологией, геологией, географией), разного рода прикладными науками (земледелие, растениеводство, агрохимия, ле­ соводство, мелиорация, землеустройство, инженерное строительство, экономика сельского хозяйства, здравоохранение, охрана окружаю­ щей среды и др.).

В то же время само почвоведение является целым комплексом наук и включает в себя следующие разделы: морфология почв

16 П о ч в о в е д е н и е

(изучает внешнее строение почвы), физика почв (изучает физи­ ческие свойства почв), энергетика почв (изучает энергетические процессы в почве), химия почв (изучает химический состав и хи­ мические свойства почв), минералогия почв (изучает минералоги­ ческий состав почв), биология почв (изучает живые организмы и биологические свойства почв), систематика почв (разрабатывает систему названий (номенклатуру) и классификацию почв), геогра­ фия почв (изучает закономерности географического распростране­ ния почв), экология почв (изучает почву как среду обитания жи­ вых организмов), бонитировка почв (оценивает качество почвы по уровню плодородия), мелиорация почв (разрабатывает мероприя­ тия по улучшению агрономических и других свойств почв), охра­ на почв (разрабатывает мероприятия по рациональному использо­ ванию почв) и др.

Как любая другая наука, почвоведение имеет свои методы иссле­ дований, адекватные предмету исследований.

Прежде всего следует выделить системный (комплексный) под­ ход к изучению почвы, который подразумевает ее исследование в не­ разрывной взаимосвязи и взаимообусловленности с окружающими ее объектами и явлениями, т. е. исследование почвы как составной части (подсистемы) большей системы (биогеоценоза, биосферы). В то же время почва сама образована меньшими подсистемами.

Профильно-генетический метод требует обязательного изучения почвы с поверхности на всю ее глубину последовательно по генети­ ческим горизонтам с последующим сопоставлением их свойств или параметров.

Морфологический метод позволяет изучать почвы и различать их по внешним (морфологическим) признакам: строению почвенного профиля, мощности почвы и ее отдельных горизонтов, окраске, гра­ нулометрическому составу, структуре, сложению, новообразованиям, включениям и т. д. Различают три вида морфологического анализа: макроморфологический — изучение почвы невооруженным глазом, мезоморфологический — с помощью лупы и бинокуляра, и микроморфологический — с использованием микроскопов. Морфологич еский анализ почвы является обязательным начальным этапом всех почвенных исследований.

Сравнительно-географический метод основан на изучении свя­ зей между пространственным изменением свойств и состава почв с

географией факторов почвообразования. Использование этого метода позволяет делать обоснованные заключения о генезисе (происхожде­ нии) почв и закономерностях их географии.

Сравнительно-исторический метод базируется на принципе актуализма, что дает возможность исследовать прошлое почв на осно­ вании изучения их современного состояния. На основе изучения по­ гребенных почв и почвенных горизонтов, реликтовых признаков почв и их сопоставления с современными процессами можно судить о про­ шлом почв.

Биогеоценотический (экологический) метод подразумевает од­ новременное сопряженное изучение всех компонентов биогеоценоза: почвы, растений, животных, микроорганизмов, атмосферы, природ­ ных вод, горных пород с учетом конкретных условий географиче­ ской среды.

Метод моделирования заключается в исследовании сложных объ­ ектов, явлений и процессов путем их упрощенного имитирования (натурного, математического, логического). В почвоведении широко используется постановка модельных экспериментов в лабораторных условиях или создание математических моделей тех или иных по­ чвенных процессов.

Метод почвенных ключей основан на детальном исследовании не­ больших репрезентативных участков-ключей и интерполяции полу­ ченных результатов на крупные территории с однотипной структурой почвенного покрова, что позволяет изучать большие территориальные единицы с экономией средств и ресурсов.

Аэрокосмические методы включают инструментальное или визу­ альное изучение фотографий земной поверхности или ее прямое ис­ следование с самолетов и космических аппаратов.

Физические, физико-химические, химические и биологические аналитические методы используются для изучения состава и свойств почв.

В зависимости от места проведения почвенные исследования быва­ ют полевые и лабораторные. Полевые почвенные исследования вклю­ чают экспедиционные и стационарные методы изучения почв.

Метод почвенных монолитов базируется на принципе Физическо­ го моделирования почвенных процессов (передвижении вдага^юодей и т. д.) на почвенных колонках (монолитах) ненарушепного строе­ ния, взятых особым образом из почвенного разреза _

Метод вегетационных сосудов широко используется для иссле­ дования взаимосвязей в системе почва-растение.

Метод почвенных вытяжек основан на гипотезе о том, что каж­ дый растворитель (вода, растворы разных кислот, щелочей или солей разной концентрации, органические растворители — спирт, ацетон, бензол ит. п.) экстрагирует из почвы при контролируемых условиях взаимодействия какую-то определенную группу соединений интере­ сующего исследователя элемента.

Радиоизотопные методы применяются для изучения процессов миграции тех или иных элементов и их соединений в почвах и в эко­ системах на основе меченых атомов (радиоактивных изотопов).

Часть I

СОСТАВ И СВОЙСТВА ПОЧВ