Почва как важнейшая составляющая часть биосферы (стр. 2 из 8)

В.В. Докучаев, изучая факторы почвообразования и закономерности распределения почв, пришел к убеждению о неизбежности возникновения новой науки, предметом изучения которой станут соотношения и взаимодействия между живой и неживой природой. По мнению Докучаева, "наука будущего" охватит все основные разделы естествознания: геологию, климатологию, ботанику, зоологию, учение о человеке, а ядром этой науки будет почвоведение [4]. Действительно, несколькими десятилетиями позже в России появилась такая наука - учение о биосфере. У ее истоков стоял выдающийся ученик Докучаева В.И. Вернадский.

Важную роль в формировании почвоведения сыграл и П.А. Костычев, современник Докучаева, заведующий кафедрой почвоведения Лесного института, его постоянный оппонент в научных дискуссиях. В своих трудах профессор Костычев уделял особое внимание роли организмов в формировании почв: высших растений, синтезирующих органическое вещество - источник гумуса в почвах, и микроорганизмов, его разрушающих. Главной задачей почвоведения Костычев считал исследование свойств почв, обеспечивающих плодородие, а среди факторов плодородия к важнейшим относил воду. Именно поэтому он разработал систему практических мероприятий по ослаблению влияния засух на черноземах.

Так, в результате огромной работы и горячих дискуссий Докучаева и Костычева в течение нескольких лет были заложены основы науки о почве. В познании почв и почвенного покрова планеты почвоведение широко использует достижения других естественных наук, в то же время теория и методология генетического почвоведения, созданная В.В. Докучаевым, явились плодотворной основой для формирования новых наук: ландшафтоведения, биогеохимии, биогеоценологии и др. (рис. 2).

1.2. Теоретические представления о почвах

Первое научное определение почвы тоже принадлежит В.В. Докучаеву: "Почва - это те дневные или близкие к ним горизонты горных пород (все равно каких), которые были более или менее естественно изменены взаимным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов - живых и мертвых, что и сказывается известным образом на составе, структуре и цвете таких образований". В этой формулировке Докучаев сделал акцент на факторах - почвообразователях, тем самым утверждая ее самостоятельность как природного образования. П.А. Костычев остался верен себе и в определении почвы, уделив главное внимание роли организмов: "Мы прежде всего выделяем верхний слой земли до той глубины, до которой доходит главная масса корней, и называем этот слой почвой". Емкое, поэтичное определение почвы принадлежит В.И. Вернадскому: "Почва - благородная ржавчина Земли". В четырех словах определения ученому удалось сказать очень многое. Назвав почву "ржавчиной Земли", ученый указал путь ее образования из литосферы под влиянием геофизических оболочек планеты: атмосферы, биосферы и гидросферы. При этом продукт переработки первозданных горных пород ("ржавчина" - почва) обладает благородством, то есть способностью рождать благо, производить урожай растений. Особое значение такому качеству почвы, как плодородие, придавал и другой крупный ученый-почвовед - академик В.Р. Вильямс. Он писал: "Когда мы говорим о почве, мы разумеем, рыхлый поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений".

Итак, внешний облик почвы, ее свойства и плодородие определяются теми факторами почвообразования, под влиянием которых она сформировалась. Морфология почвы отражает ее внутренние свойства, и поэтому почвовед уже в поле на основании изучения морфологических свойств почвы может сделать предварительное заключение о качестве почвы. Одним из наиболее важных морфологических признаков почвы является ее окраска (цвет). Об этом ее свойстве читателям "Соросовского Образовательного Журнала" поведал Д.С. Орлов [8]. Важно, что уровень плодородия почвы тесно коррелирует с окраской: темные почвы обычно характеризуются более благоприятными для жизнедеятельности растений условиями, чем светлые. Связано это с количеством и качеством почвенного органического вещества - гумуса, так как именно гумус чаще всего обеспечивает темный цвет почвы. Однако не менее важным для формирования почвенного плодородия является и наличие хорошо выраженной водопрочной структуры. Структура почвы - это те отдельности (комочки), на которые она самопроизвольно распадается в состоянии оптимальной влажности. Размер, форма, такие внутренние свойства этих отдельностей, как механическая прочность и водопрочность, во многом определяются количеством и качеством органического вещества в почвах. Работами С.А. Захарова было показано, что все многообразие форм структурных отдельностей можно свести к трем основным типам: кубовидному, призмовидному и плитовидному. Кубовидный тип структуры характеризуется примерным равенством горизонтальной и вертикальной осей отдельностей. Кубовидные структуры в природе характеризуются высокой устойчивостью, и почвенные структурные отдельности этого типа не являются исключением из этого общего правила. Для верхних горизонтов плодородных почв характерна именно такая структура, так как она обеспечивает благоприятные для растений водно-воздушные свойства. Другие типы структур неспособны противостоять размывающему действию воды, а плитовидные отдельности известны и своей крайне низкой механической прочностью. Именно поэтому с агрономической точки зрения структурными являются только почвы, обладающие кубовидной структурой, но для диагностики почв важно учитывать особенности структуры независимо от ее способности обеспечивать растения необходимыми для нормальной жизнедеятельности условиями. И наиболее общие закономерности здесь такие. Очень часто процесс почвообразования включает явления вымывания (элювиирования) веществ из верхней части профиля и накопления (иллювиирования) их в средней или нижней части почвы. Такой сценарий почвообразования характерен для почв, формирующихся в условиях избыточного количества влаги и свободного дренажа. Причем элювиирование обычно сопровождается формированием структуры плитовидного типа, а иллювиирование - призмовидного типа.

Одним из наиболее заметных следствий почвообразовательного процесса является дифференциация изначально однородной материнской породы на генетические горизонты - слои, различающиеся окраской, структурой и другими морфологическими свойствами. Лабораторные

исследования убеждают в том, что эти горизонты характеризуются своеобразием биологии минералогического и химического состава и особенностями физических свойств.

На рис. 3 и 4 показаны почвенные профили чернозема и подзола. Чернозем, зональная почва луговых и разнотравно-типчаково-ковыльных степей, характеризуется очень высоким уровнем природного плодородия. Растительность степей накапливает большую фитомассу, которая при ежегодном отмирании становится источником для синтеза специфического почвенного органического вещества - гумуса. С растительным опадом в почву ежегодно поступает от 600 до 1400 кг/га азота и зольных веществ, в то время как с опадом хвойных лесов в почву поступает только 40-300 кг/га этих элементов. В гумусе, как в кладовой, до поры до времени хранятся элементы питания, в том числе азотистые соединения. Минеральные соединения азота, как известно, все без исключения характеризуются высокой растворимостью в воде, и природа выработала защитный механизм, позволяющий предотвратить потери азота путем связывания его в органическом веществе почвы. Именно процессу аккумуляции гумуса обязан чернозем своей окраской и зернистой структурой, относящейся к кубовидному типу, обеспечивающей благоприятный водно-воздушный режим. Отсутствие процессов элювиирования и иллювиирования в отношении большинства соединений обеспечивает монотонное убывание интенсивности темной окраски с глубиной, хотя наиболее легкорастворимые соединения выносятся нисходящим током влаги на глубину наибольшего промачивания почвы. Подтверждением этому является наличие в черноземах на некоторой глубине скоплений мелких конкреций белого цвета - "белоглазки", - представляющих собой стяжения карбонатов кальция (см. рис. 3).

Подзол - почва, сформировавшаяся под хвойным лесом. Особенности климата обусловливают преобладание осадков над испаряемостью и обеспечивают промывание почвенной толщи фильтрующейся влагой. Причем влага эта, пройдя предварительно через слой лесной подстилки и растворив накопившиеся в полуразложившемся хвойном опаде органические кислоты, приобретает кислотные свойства и обеспечивает протекание гидролиза минералов, составляющих почвенную массу (оподзоливание). Продукты гидролиза током влаги распределяются в нижележащей толще почвенного профиля, а в верхней его части обособляется белесый обесструктуренный горизонт элювиального генезиса, масса которого напоминает золу (см. рис. 4). Горизонт характеризуется однородным химическим составом, он на 80-99% состоит из кремнезема. Это обеспечивает практически полное бесплодие слоя, что хорошо иллюстрирует строение корневой системы ели, растущей на подзоле: отсутствие элементов питания в почвенной массе горизонта делает излишним развитие корней в этом слое. Бурая лесная почва формируется также под влиянием промывного водного режима, но в условиях более теплого климата под пологом широколиственного леса с примесью хвойных пород. Листовой опад содержит значительно больше таких химических элементов, как Ca и Mg, они нейтрализуют органические кислоты продуктов разложения опада, и это предопределяет отсутствие или слабое проявление оподзоливания в этой почве. Отсюда сравнительно однородный химический состав и более благоприятные условия для развития корневой системы.