Ганжара - Почвоведение

весткование, гипсование, кислованне почв), комплексной мели­

орации почв биологическими и агротехническими методами, ре­

культивации земель.

Лесное почвоведение, вместе с лесоведением, является науч­

ной основой повышения продуктивности лесов и искусственных

лесных насаждений. Оно разрабатывает приемы и способы агроле­

сомелиорации.

Методы исследования в почвоведении

Как всякая сложная система, почва обладает источниками информации, такими как вещественный состав, материальные свойства, закономерности распределения почв на поверхности

земли, история развития, почвообразовательные процессы, об­

мен веществом и энергией с другими природными телами, пло­

дородие почв и др. Для получения такой информации почвоведе­

ние использует методы других естественных наук: химии, физи­

ки, биологии, биохимии, геохимии, геологии, гидрологии и ряда других. В то же время почвоведение, как самостоятельная наука,

имеет свои методы и приемы исследований.

Сравнительно-географический метод. Сущность метода зак­

лючается в выявлении коррелятивных связей между строением,

составом и свойствами почв, с одной стороны, и факторами поч­

вообразования - с другой. Установление таких связей позволило В.В.Докучаеву разработать теоретические основы современного

почвоведения и установить целый ряд общих закономерностей ге­ незиса и географии почв, в частности, учение о факторах почво­

образования, о зональности и вертикальной поясности и др. В.В.Докучаев назвал почву "зеркалом" ландшафта, в ней отраже­ ны особенности взаимодействия факторов почвообразования в каждом отдельном месте. Открытие закономерных связей между

типом почвы и биоклиматическими условиями позволило

В.В.Докучаеву в конце XIX века составить первую почвенную

карту северного полушария дедуктивным методом.

Разновидности сравнительно-географического метода -

сравнительно-геоморфологический и сравнительно-литологичес­ кий, основанные на установлении связей между почвенными раз­

ностями, рельефом местности и почваобразующими породами,

широко используются в настоящее время при крупномасштабном

картографировании почв. Однако некоторые свойства почв обус­

ловлены не действием современных факторов почвообразования,

10

а остались от прошлых эпох, когда факторы почвообразования от­ личались от существующих. Такие свойства почв называют релик­

товыми.

Сравнительно-исторический метод. В основу метода положен

принцип актуализма, который позволяет исследовать реликтовые

свойства почв на основе изучения современных процессов почвооб­

разования и их связи с современными факторами почвообразования.

Профильный метод. Сущность метода заключается в изучении

системы генетических горизонтов, включая почваобразующую

породу, которые являются следствием почвообразовательного процесса, аграгенного воздействия или же связаны с неоднород­

ностью (слоистостью) почваобразующей породы. Разновидностью

профильнога метода является сравнительно-аналитический метод

(по А.А.Роде). Сущность его заключается в сравнении веществен­ ного состава и свойств твердой фазы каждого из почвенных гори­

зонтов, с одной стороны, и материнской породы - с другой. Из­ менения в почвенном профиле, найденные таким сравнением, служат основой для суждения о природе процессов почвообразо­

вания и причинах вертикальной анизотропности почвы: выносе и

накоплении веществ, образовании и разрушении химических со­

единений в отдельных генетических горизонтах. Как правило, эти

изменения протекают с малыми скоростями и накапливаются в

течение длительного времени (сотни и тысячи лет). Непосред­

ственное наблюдение за ходом этих изменений неосуществимо. При использовании сравнительно-аналитического метода прини­

маются три допущения.

1. Исходная материнская порода, из которой образовалась изучаемая почва, не была слоистой.

2.Слой почвы, примимаемый исследователями за почваоб­

разующую породу, существенно не изменился за период суще­

ствования почвы.

3. Процесс почвообразования на протяжении всего времени

существования почвы шел в одном направлении.

Такие допущения определяют некоторую условность резуль­

татов применения метода, тем не менее этот метод в сочетании с

другими позволил объяснить с разной степенью достоверности nричины вертикальной анизотропности многих типов почв.

Профильный метод предусматривает использование наибо­

лее распространенных приемов, методов и анализов, характери­

зующих твердую фазу почвы. При этом изучаются в каждом гене­

тическом горизонте: морфология, микроморфология, физические свойства, гранулометрический состав, агрегатный и микроагре-

11

гатный состав, валовой химический состав, формы химических

соединений, физико-химические свойства, состав и свойства

органического вещества, минер~огический состав и др.

Стационарный метод, или метод почвенно-режимных наблю­

дений. Сущность его заключается в изучении почвенных режимов:

водного, теплового, солевого, газового, реакции среды, окисли­

тельно-восстановительных условий, биологической активности и

др. Этот метод лежит в основе биосферного мониторинга. Под по­

чвенным режимом какого-либо соединения понимается динамика

его качественного содержания и состава, связанная с процессами

его образования, передвижения, распада, поступления в почву и

выноса из почвы. Критерием возможности полного изучения ре­ жима какого-либо соединения является возможность определения

полного его баланса за определенное время. Режимы соединений в

почвах имеют разную степень изученности. Многие из них играют большую роль в плодородии и являются предметом изучения аг­

рономического почвоведения.

Стационарный метод включает большое разнообразие спо­

собов и приемов исследований, специфических методов почвове­

дения более низкого порядка и методов смежных наук. Широкое

распространение получили методы почвенных лизиметров и сто­ ковых площадок, сущностью которых явилось изучение состава

почвенных растворов, внутрипочвенного и поверхностного стока,

собираемых с определенного объема или площади за определен­

ное время.

Метод моделирования. Сущность метода заключается в экспе­

риментальном воспроизведении различных явлений и процессов,

совершающихся или гипотетических, в обстановке контролируе­ мого эксперимента в полевых или лабораторных условиях. Моде­

лирование может производиться как на естественных, так и на

искусственных объектах. В последние годы все большее распрост­

ранение получают математическое и физико-химическое модели­

рование с использованием компьютерной техники.

Картографический метод. Применяется для изображения на

картах почвенного покрова определенных территорий. Он исполь­ зует методы картографии и топографии, специфические методы почвоведения, такие как сравнительно-географический, метод почвенных ключей, а также и аэрокосмические методы с исполь­

зованнем аэро- и космических снимков.

В агропочвоведении широко используются методы агрохи­

мии и земледелия, такие как исследования в полевых, микропо­ левых, вегетационно-полевых и вегетационных опытах.

12

основные этапы развития почвоведения

Накопление знаний о свойствах почв началось с того момен­

та когда человек перешел от сбора дикорастущих растений к вы­

р;щиванию их (неолит, бронзовый век) и развивалось вместе с

земледелием. Первая систематизация сведений о почвах была на­ чата в трудах ученых античного мира IV- 1 веков до нашей эры (Коллумела, Феофраст, Плиний старший, Лукреций Кар и др). В средние века, в эпоху феодализма, античные знания были в зна­ чительной мере утеряны. Тем не менее в этот период проводилось описание качества почв и земельных угодий для установления фе­ одальных повинностей и привилегий ("Писцовые книги" в Рос­ сии, землеоценочные акты в Германии, китайские кадастры и др).

в эпоху возрождения вновь обострился практический интерес к

почвам. В это время появились агрономические трактаты Альберта

Великого, Леонардо да Винчи, Авиценны, первые представления 0 роли солей в питании растений Бернара Палисси (1563 г.).

В XVII-XIX столетиях появился ряд теорий питания расте­

ний, оказавших большое влияние на развитие представлений о

роли почвы. В 1629 г. голландский алхимик Ван-Гельмот предло­

жил теорию, по которой растения питаются только водой. Не­

смотря на экспериментальное опровержение этой теории в конце

XVII века, она продолжала господствовать на западе до конца

XVIII века. В начале XIX века её сменила, также не обоснованная,

перегнойная, или гумусовая теория германского ученого агроно­

ма А.Тэера, согласно которой растения питаются гумусом. И

только в 1840 году немецкий химик Ю.Либих опроверг эту тео­

рию и выдвинул теорию минерального питания растений, кото­

рая была подтверждена экспериментально и послужила основой для возникновения агрокультурхимии и современной агрохимии. В это время оформилась новая научно-прикладная дисциплина, по­

лучившая название почвоведение, хотя по содержанию она в

большей степени соответствовала агрохимии. В 30-х годах XIX века

появился ряд руководств по этой дисциплине (К.Краузе, 1832;

К.Шпрингель, 1837 и др.), в которых почва рассматривалась как

среда, где развиваются корни растений, состоящая из смеси ми­

неральных и органических соединений. Мощность почвы они ог­

раничивали пахотным слоем.

В то же время в середине XIX века в Германии зародилось и

Развивалось геологическое направление в почвоведении. Оно свя­

зано с именами геологов Ф.Фаллу, Г.Берендта, Э.Раманна и др.

Они рассматривали почву, как наружную оболочку коры вывет-

13

ривания. Аграгеологи проводили земельно-оценочные работы и

составляли кадастровые карты. Систематика почв аграгеологов ос­

новывалась на разделении их по гранулометрическому составу

(песок, суглинок, глина) и положению в рельефе. Аграгеологи­ ческое направление господствовало во второй половине XIX и на­ чале ХХ столетий в странах Западной Европы, а также в Англии, Австралии, Новой Зеландии и в Северной Америке.

Большая роль в развитии почвоведения в России принадле­

жит великому русскому ученому М.В.Ломоносову (1711-1765). В

своей работе "О слоях земных" Ломоносов впервые дал правиль­

ное научное определение сущности почвообразовательного nро­ цесса, которая заключается во взаимодействии растений и про­

дуктов их перегнивания с горными породами, показав его как ис­

торический процесс, протекающий во времени и выражающийся

в развитии плодородия. Он высказал правильные взгляды на про­ нехождение черноземов, торфяников, процессы водной эрозии, причины бесплодия засоленных почв.

Следующий этап развития почвоведения в России связан с созданием Вольного экономического общества (1765), в задачи

которого, наряду с другими агрономическими вопросами, входи­

ло описание качества почв для сельскохозяйственных целей, в ос­

новном путем рассылки по губерниям специальных вопросников. В этот период было организовано много экспедиций Академии

наук, результаты работы которых были опубликованы (И.И.Лепе­

хин, П.С.Паллас, В.Зуев, П.И.Рычков и др.).

В 90-х годах XVIII столетия президентом Вольного экономи­ ческого общества И.А.Гюльденштедтом была предложена теория

растительно-наземного происхождения черноземов, которая выз­

вала оживленные дискуссии в научной литературе. В этот же пери­ од были опубликованы почвенио-агрономические работы А.Т.Бо­

лотова (1768), И.М.Комова (1789), А.Н.Радищева (1801).

В первой половине XIX века, с 1838 года, начались опросно­

статистические работы по качественному учету и оценке земель для

целей сбора налогов, результатом которых явилась Почвенная карта Европейской России К.С.Веселовскоrо (200 верст в дюйме), а в 1879 r. - В.И.Чаславскоrо (60 верст в дюйме). В составлении почвен­ ной карты В.И. Чаславекого принимал участие Василий Васильевич Докучаев. На этой J<арте были вьщелены черноземы, серые земли, подзолы, солончаки. При этом почвы дифференцировались по гра­ нулометрическому составу. Хотя В.В.Докучаев впоследствии крити­

чески относился к этой карте, участие в ее составлении оказало

большое влияние на его дальнейшую деятельность. В 1877-1881 г.г.

14

по поручению Вольного экономическо­

го обшества он произвел детальные ис-

ледования черноземов России.

с Результаты своих исследований В.В.

докучаев опубликовал в монографии "Русский чернозем" (1883)u, которая

олицетворяет создание новои науки -

генетического почвоведения, предметом

изучения которой является особое, са­

мостоятельное тело природы - почва.

в.в.докучаев опубликовал более 250 на­

учных работ, в которых заложил науч­

ные основы почвоведения. Им дано пер­

вое научное определение почвы. Он пи­

сал: "Почвой следует называть "днев­

В.В.Докучаев

ные", или наружные горизонты горных

пород (все равно каких), естественно измененные совместным вли­

янием воды, воздуха и различного вида организмов - живых и

мертвых". В.В.Докучаев показал, что именно в почвах наиболее тес­ но переплетены и взаимосвязаны геологические и биологические

процессы, развивающиеся на поверхности земли. Он сформулиро­ вал учение о факторах почвообразования, которое, по его выраже­

нию, является краеугольным камнем почвоведения как науки. Им

определены пять глобальных факторов почвообразования: климат,

рельеф, растительность и животный мир, почваобразующие поро­

ды и возраст страны (время). В.В.Докучаев сформулировал основ­ ные законы почвообразования и географии почв, важнейшим из которых является закон зональности почв. Он разработал закон о

вертикальной поясности, описал зональные типы почв и создал

первую научную классификацию почв. Им разработаны основы и

методы картографирования почв и составлена первая карта север­

ного полушария. Разработанный В.В. Докучаевым сравнительно-гео­ графический метод исследования почв позволил решать многие

проблемные вопросы генезиса и географии почв и до настоящего

времени является ведущим методом в почвоведении. Свои исследо­ вания В.В. Докучаев проводил в тесной связи с запросами сельско­

го хозяйства. Он разработал план реконструкции степей, включаю­

щий посадки лесополос, мероприятия по задержанию и накопле­

нию влаги, создание искусственных водоемов и борьбу с эрозией.

Большая роль в развитии научного почвоведения принадле­

ЖИт выдающемуся русскому ученому Павлу Андреевичу Костыче­

ву (1845-1895). Он является основателем биологического направ-

15

школу, представители которой оказали влияние не только на

почвоведение, но и на ряд других смежных наук: минералогию,

петрографию, геохимию, ботанику, лесоводство, ландшафтове­ дение, агрономию. Его учениками были русские ученые К.Д.Глинка, В.И.Вернадский, С.А.Захаров, П.А.Замятченский,

В.П.Амалицкий, Ф.Ю.Левинсон-Лессинг, Г.И.Танфилъев, Г.Н.Высоцкий, А.Н.Краснов, Г.Ф.Морозов, П.Ф.Баранов, Л.И.­

Прасолов, Б.Б.Полынов.

Признавая приоритет В.В. Докучаева, русские и зарубежные исследователи истории почвоведения отмечают большую роль в

развитии почвоведения в конце XIX века Е. Гильгарда в США,

М.Вол"Ьни и Э.Раманна в Германии, Ю.Шлезинга во Франции,

Б.Аарнио в Финляндии и других исследователей.

Докучаевскис идеи активизировали почвенные исследования и почвенио-картографические работы в начале ХХ столетия. В это

время проводятся экспедиционные исследования для переселенчес­

ких целей во многих регионах России, формируется ряд научных

школ, возглавляемых А.Н. Сабаниным в Московском университете, В.Р.Вилъямсом в Петровской (ныне Тимирязевской) академии, П.С.Коссовичем в Лесном институте в Петербурге. В 1927 году со­ здается Почвенный институт им. В.В.Докучаева, а в 1939 г. образо­

вано Всесоюзное общество почвоведов, возглавившее почвенные

исследования в раЗных регионах СССР. В это время были образова­

ны кафедры почвоведения в ряде университетов и сельскохозяй­

ственных вузов. В связи с созданием колхозов и совхозов разверты­ вается крупномасштабное картографирование почв во всех регионах

16

Часть 1. МЕСТО ПОЧВ В СИСТЕМЕ ГЕОСФЕР. ФАКТОРЫ И ПРОЦЕССЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Глава 1. Строение и состав сфер Земли

Земля имеет концентрическое строение, ее внуrренняя часть

подразделяется на три основные оболочки, или геосферы: земную кору, мантию и ядро. Земная кора, или литосфера имеет наиболь­ шую толщину под материками - 30-80 км, под океанами - 3- 1О км. Под материками она состоит из трех слоев: наружного, или

осадочного мощностью 2-5 км, среднего - гранитного - 1535 км, нижнего - базальтового. Под океанами земная кора состо­

ит только из базальтового слоя, перекрытого тонким слоем

(до 1 км) донных отложений. В направлении от поверхности к

центру Земли происходит увеличение плотности с 2,7 гjсм3 до 1217 гjсм3 в центре ядра, температуры -от 600-1000оС в нижних

слоях литосферы до 5000°С в ядерной части и давления - от

0,01 млн атмосферы в литосфере до 3,5 млн атмосфер в центре

ядра. Источником тепла внутри Земли является, главным обра­

зом, распад радиоактивных элементов. Большие температуры в сочетании с высоким давлением обусловливают пластичность ве­ щества внуrри Земли при сохранении им свойств твердого тела. Предполагается наличие отдельных очагов силикатных сплавов

(магмы) (рис. 1.1).

Практическому изучению доступна очень небольшая часть

Земли. Самые глубокие скважины достигают глубины в пределах

10 км. Верхний слой литосферы представлен корой выветривания, которая подразделяется на древнюю - мощностью до 300-400 м и

современную - мощностью в несколько метров или десятков мет­

ров. Верхний слой коры выветривания мощностью от нескольких см до 2-3 м представлен почвенным покровом, или педосферой. Литосфера сложена магматическими, метаморфическими и осадоч­

ными породами, состоящими из различных минералов. Химический

состав литосферы на 99% представлен оксидами кремния, алюми­

ния, железа, кальция, магния, натрия, калия и титана.

История земной коры. Общий возраст земного шара исчисля­

ется величиной от 4-6 до 8-10 млрд лет. Процессы формирования

литосферы земного шара продолжаются около 2,5 млрд лет, это

время, когда начали формироваться осадочные породы и появи-

18

~ м~rмаnt•tсск.ие

~o•rarn а зс~ошоlt !СОре

Рис. 1.1. Строеине Земли (Ковриrо В.П., 2000)

лась жизнь на Земле. Появление первых лесов и формирование первых почв началось в девоне (табл. 1.1), примерно 300-400 млн лет назад. На большей части суши земного шара современный по­

чвенный покров сформировался лишь во второй половине совре­

менного четвертичного геологического периода, или антропогена.

Продолжительность антропогена исчисляется, примерно, 1,5- 2 млн лет. Он подразделяется на ледниковый период - плейсто­

цен и послеледниковый - голоцен. Обширная территория России

в ледниковую эпоху характеризовалась сменой ледниковых и меж­ ледниковых периодов. В европейской части России был развит

мощный ледниковый щит, в Западной Сибири ледниковый по­

Кров бьm небольшой мощности, в Восточной Сибири покровное

оледенение отсутствовало.

19