Что такое почва по выражению в и вернадского
В ПОЧВОВЕДЕНИИ
РАЗВИТИЕ ГЕОХИМИЧЕСКОГО НАПРАВЛЕНИЯ
13.7.1. В.И. Вернадский – создатель учения о живом веществе, биосфере, ноосфере и роли почв в биосфере
С именем Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945) связано основание новых наук: геохимии и биогеохимии, гидрогеологии, радиогеологии. Он являлся основателем учения о живом веществе, биосфере и ноосфере. В.И. Вернадский был одним из выдающихся учеников В.В.Докучаева и всегда хранил память о своем учителе, дав самую объективную, точную и глубокую оценку его деятельности /Вернадский, 1904/. Он участник Нижегородской (1882-1884) и Полтавской (1888-1894) земельно-оценочных экспедиций, обследовал имение А.Н. Энгельгарда (1887) в связи с применением фосфоритов. В 1899 г. он представлял в Париже на Всемирной выставке коллекцию почв В.В. Докучаева, которая была удостоена Золотой медали. Хотя в дальнейшем он формально отошел от почвоведения (из 700 работ лишь 20 по почвоведению), фактически всегда поддерживал с почвоведением самую тесную связь, примыкая к биологическому почвоведению.
Почвы, по Вернадскому, не простой продукт выветривания горных пород, а представляет собой «естественные тела», отличные от горных пород и аналогичные по геохимическому значению минералам и организмам. Он отмечал, что «отношение между составом организмов и составом почвы самое тесное и, вероятно, большая часть химических элементов почвы находится в ней в виде живых организмов. Преобладающая часть органического вещества почвы должна рассматриваться как живая, так как она наполнена микроорганизмами и непрерывно изменяется и перерабатывается ими. Организмы не только обусловливают химические процессы в почве, но и сами входят в ее состав. В этом большое биогеохимическое значение почвы».
Еще в 1904 г. Вернадский обратил внимание на своеобразие минералогического состава почвы. Он считал, что это результат биогеохимической природы образования почвенных минералов, которых практически нет или очень мало в горных породах. Почвенные минералы – кристаллические алюмосиликаты (монтмориллонит, галлуазит, каолинит и др.) – являются результатом бактериальных и, может быть, грибных процессов, обусловленных питанием микробного населения почвы калием, извлекаемым из первичных алюмосиликатов (полевых шпатов, слюд и т.д.).
Исходя из биологических представлений о почвообразовании он считал, что существующие методы исследования химического состава почв недостаточны и несовершенны. Особенно крупным недостатком их является отсутствие данных о содержании в почве редких и рассеянных элементов. Говоря о химическом составе почв, Вернадский большое значение придавал исследованию газового состава почвы. Он указывал, что почва, взятая без газов, не есть почва. Роль почвы не выражается тонким слоем, какой она образует на земной поверхности, а определяется той активной энергией, которая собрана в ее живом веществе и которая способна к переносу, благодаря проникающим в почву газам.
В.И. Вернадский, создавший учение о биосфере, обосновал еще в 1913 г. значение почвы в биосфере: «… все яснее становится нам значение почвы в биосфере – не только как субстрата, на котором живет растительный и животный мир, но как область биосферы, где наиболее интенсивно идут разнообразные химические реакции, связанные с живым веществом. Роль почвы в истории земной коры отнюдь не соответствует тонкому слою, какой она образует на ее поверхности. Но она вполне отвечает той огромной активной энергии, которая собрана в живом веществе почвы» /Избр. соч., 1960/.
Во все периоды своей жизни В.И. Вернадский занимался активной общественной деятельностью в государстве и в Академии наук. Он был членом Государственного Совета в царской России, мировым судьей, работал во Временном правительстве (тов. (зам) министра народного просвещения с августа по октябрь 1917 г.), являлся первым Президентом Академии наук Украины, членом Президиума АН СССР. Академик Петербургской АН (1912), РАН (1917), АН СССР (1925). Организатор и руководитель многих научных учреждений Академии наук, в частности, Радиевого института (1922-1939) /БЭС, 2005; Иванов, 2003/. Способствовал благоприятной научной деятельности многих ученых: К.Д. Глинки, Ф.Ю. Левинсон-Лессинга, П.А. Земятченского, К.К. Гедройца.
Полузабытая, но очень важная для почвоведения и учения о биосфере работа В. И. Вернадского
Статья посвящена анализу работы В. И. Вернадского «Об участии живого вещества в создании почв». Подчеркивается, что она имеет выдающееся значение для теоретического почвоведения, и не потеряла своей актуальности в наше время, несмотря на долгий срок ее неизвестности в истории почвоведения.
Ключевые слова: В. И. Вернадский, «Об участии живого вещества в создании почв», история почвоведения.
Half-Forgotten but Very Important Work by V. I. Vernadsky in Soil Science and the Doctrine About Biosphere
The author researches Vernadsky’s work «Living Matter In the Soil Creation», where he emphasizes the importance of this work for the theory of soil science. Vernadsky’s work has not lost its relevance in our time despite of being virtually unknown for a long time.
Keywords: Vernadsky, «Living Matter In The Soil Creation», history of soil science.
Отдав должное внимание блестящим исследованиям в области почвенной микробиологии, Ч. Дарвина в области почвенной зоологии о важности изучения роли животных в образовании подводных (в том числе морских) илов, приходит к заключению «…как малы и случайны наши знания о значении организмов для образования почв» (там же, с. 286).
Поставив в этой статье задачу, наметить основные черты влияния организмов на процессы почвообразования, посчитал необходимым, дать определение понятия «живое вещество», как оно сложилось у него в те годы: «Под именем живого вещества я буду подразумевать всю совокупность всех организмов, растительности и животных, в том числе человека» (Вернадский, 1992, с. 287).
Так закладывались основы учения о живом веществе, которое на долгие годы определило развитие биогеохимии и учения о биосфере. По мнению значение живого вещества для образования почвы сказывается в весьма различных формах проявления его воздействия на почвообразовательный процесс. И далее он предлагает в своей статье различать следующие формы этого проявления.
Все эти изменения производятся за последние тысячелетия с чрезвычайно интенсивной, со все увеличивающейся силой той частью живого вещества, которую составляет культурное человечество» (Вернадский, 1992, с. 288).
Далее рассматривает самым подробнейшим образом каждую форму проявления воздействия живого вещества на почвы, на почвообразовательный процесс. Особенно обстоятельно и разносторонне рассматривается вопрос об анализе химического состава почв. Он убежден, что обычный анализ состава почвы после отбора из него всех растительных и животных остатков и определения содержания лишь так называемых биофильных элементов, не дает правильного представления о составе почв, содержании в них множества микроэлементов, которые аккумулируют в своем составе обитающие в почве растения и животные, в том числе микроорганизмы. К вопросу о методах анализа почв с учетом их биогеохимических особенностей возвращался неоднократно в более поздние годы своей научной деятельности, посвящая этому вопросу специальные публикации (Вернадский, 1921, 1936).
Этот вопрос актуален и в наше время.
Также разносторонне рассматривает вопрос о мелкоземистости почв и роли живого вещества в дроблении твердых коренных горных пород, вплоть до создания мельчайших частиц коллоидальных размеров. Мелкоземистость почв, по мнению Вернадского, является ее «самым основным и резким отличием от всех других продуктов земной поверхности. Оно же определяет ход всех химических реакций в почве и делает из почвы активнейшую область с химической точки зрения в биосфере. … Мы не имеем на земле более могучего дробителя материи, чем живое вещество» (Вернадский, в книге Сытник и др., 1984, с. 200).
Переходя к анализу влияния живого вещества на химические процессы в почве, пишет: «Эта роль так велика, что, так или иначе, все процессы в почве связаны с участием живого вещества или продуктов его изменения. В широком понимании это слова, все эти явления можно считать биохимическими» (Вернадский, 1992, с. 294).
С удовлетворением отмечает, что в последнее время все больше выясняется роль атмосферы, и связанных с нею осадков и пыли, в образовании почвы. Это было сказано в 1919 г. и подтверждается в наше время, особенно при изучении почв горных ландшафтов, и также почв, формировавшихся в ледниковое и постледниковые времена. Все большее внимание почвоведов привлекают «кислые дожди», содержащие окислы серы, азота и других элементов в выбросах промышленности.
Что касается живого вещества, как источника поступления в почвы разнообразных химических элементов, то убежден в том, что именно живое вещество приносит в почвы наиболее характерные для почв с геохимической точки зрения элементы и соединения. Вернадский не проходит мимо влияния почв на верхние слои литосферы, причем учитываются и погребенные почвы, вносящие в них ту химическую энергию, которая дана им деятельностью живого вещества.
2. Что такое почва
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». 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».
Емкое, поэтичное определение почвы принадлежит В.И. Вернадскому: «Почва – благородная ржавчина Земли». В четырех словах ученому удалось сказать очень многое. Назвав почву «ржавчиной Земли», он указал путь ее образования из литосферы под влиянием атмосферы, биосферы и гидросферы. При этом продукт переработки первозданных горных пород – «ржавчина»-почва – обладает благородством, т.е. способностью рождать благо, производить урожай растений. И главное: почва – это планетарное образование, одна из сфер матушки Земли.
Итак, внешний облик почвы, ее свойства и плодородие определяются теми факторами почвообразования, под влиянием которых она сформировалась. Морфология почвы (внешний вид) отражает ее внутренние свойства и поэтому почвовед уже в поле на основании ознакомления с морфологическими свойствами почвы может сделать предварительное заключение о качестве почвы. Давайте и мы с Вами попробуем сделать то же самое.
Для этого надо выкопать яму (почвоведы говорят – «разрез») глубиной около метра, и рассмотреть одну из боковых стенок – почвенный профиль. Первое, что бросается в глаза – почва сильно меняется с глубиной. Сверху обычно лежит темный, богатый перегноем, слой. Его называют аккумулятивным (или перегнойным) горизонтом (в почвоведении принято обозначать его латинской буквой А). Он может быть совсем тоненьким – всего-то 2-3 см, а может и достигать 2-х метров! Но чаще всего его мощность лежит в пределах 20-40 см. В самом низу видна желтая (палевая, бурая, красно-бурая) порода из которой образовалась почва, поэтому ее и называют материнской породой, а обозначают буквой С. Между перегнойно-аккумулятивным горизонтом и материнской породой может залегать еще не один горизонт, а несколько. Самый простой вариант – переходный по накоплению гумуса горизонт В. Именно такое строение почвенного профиля у черноземов. Гораздо более сложное строение профиля у подзолистой почвы. Рассмотрите внимательно рисунки почвенных профилей этих двух почв, и, может быть, Вы сразу определите какая же почва на Вашем участке.
Одним из наиболее важных морфологических признаков почвы является ее окраска (цвет). Важно, что уровень плодородия почвы тесно связан с окраской: темные почвы обычно характеризуются более благоприятными для жизнедеятельности растений условиями, чем светлые. Обусловлено это количеством и качеством почвенного органического вещества – гумуса, так как именно гумус чаще всего обеспечивает темный цвет почвы. Но, конечно, не только гумус определяет окраску почвенных горизонтов. Большой вклад в формирование этого свойства вносят и другие химические соединения, например, оксиды железа. Именно они обеспечивают те бурые, красновато-ржавые, желтые тона, которые характерны для нижней части почвенного профиля. И надо заметить, что большинство почв на земном шаре имеют именно такую окраску (вспомним слова Вернадского: «почва – благородная ржавчина Земли», как верно, не правда ли?).
А может, в Вашем разрезе на определенной глубине появились голубовато-сизые тона? Тогда Вам явно не повезло с участком, и придется немало потрудится для того, чтобы эту почву превратить в плодородную. Дело в том, что эти тона обусловлены присутствием закисных соединений железа, а они появляются только при наличии стойкого переувлажнения. Впрочем, не отчаивайтесь, большое значение имеет то, на какой глубине залегает этот горизонт (его называют глеевым, а обозначают буквой G). И потом, говорят, что сине-зеленая глина обладает чудодейственной исцеляющей силой.… А предприимчивые люди на рынке уже продают ее расфасованной в полиэтиленовые пакеты на килограммы.
Однако не менее важным для формирования почвенного плодородия является и наличие хорошо выраженной водопрочной структуры. Структура почвы – это те комочки (отдельности, агрегаты), на которые она самопроизвольно распадается в состоянии оптимальной влажности. Размер, форма, такие внутренние свойства этих комочков, 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 структурных агрегатов. Кубовидные структуры в природе характеризуются высокой устойчивостью, и структурные почвенные 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 не способны 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 (и) нижней части почвы. Такой «сценарий» почвообразования характерен для почв, формирующихся в условиях избыточного количества влаги и свободного дренажа, например, в Подмосковье. Причем, элювиирование обычно сопровождается формированием структуры плитовидного типа, а иллювиирование – призмовидного типа.
Итак, одним из наиболее заметных следствий почвообразовательного процесса является разделение (дифференциация) изначально однородной материнской породы на генетические горизонты – слои, различающиеся окраской, структурой и другими морфологическими свойствами. Лабораторные исследования убеждают нас в том, что эти горизонты характеризуются своеобразным набором минералов и химических соединений, особенностями физических свойств, своеобычием биологии.
На иллюстрации 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 благоприятное сочетание воды и воздуха в почве. 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.
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. Такой процесс называется подзолистым или оподзоливанием. Продукты гидролиза током влаги распределяются в нижележащей толще почвенного профиля, а в верхней его части обособляется белесый обесструктуренный горизонт, масса которого напоминает золу. 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 в таком лесу содержит значительно больше таких химических элементов, как кальций и магний. Эти элементы нейтрализуют органические кислоты продуктов разложения опада, что предопределяет отсутствие или слабое проявление оподзоливания в этой почве. Отсюда сравнительно однородный химический состав и более благоприятные условия для развития корневой системы ели.
Характер и назначение этой книги не позволяют рассказать хотя бы вкратце о наиболее распространенных почвах, так как разнообразие факторов почвообразования, их различное сочетание в природных условиях дает огромное количество разновидностей почв на земном шаре. По заданию международного комитета по продовольствию (ФАО-ЮНЕСКО) в 1974 году была составлена Почвенная карта мира в масштабе 1: 5.000.000. На ней было выделено 106 почвенных единиц (примерно соответствующих понятию тип почвы). На карте, составленной в 1987 году, нанесено уже 144 почвенные единицы (типа). Новая почвенная карта, в электронном атласе Мира «Человек и Земля» содержит 178 почвенных единиц. Правда, это расширение списка идет в основном за счет тропических областей Африки и Южной Америки.
Конечно, Вам нет необходимости изучать все 144 типа почв, достаточно разобраться с тем, какая конкретно почва на Вашем участке, какие у нее достоинства и недостатки, как с ней обращаться и как ее лечить. В других главах этой книги я попытаюсь вкратце познакомить Вас с самыми распространенными почвами нашей страны. Ну, а если Вы более глубоко заинтересуетесь этим предметом и захотите познакомиться с ним поближе, к Вашим услугам учебники почвоведения.
Что такое почва по выражению в и вернадского
Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ПОЧВОВЕДЕНИЕ
§1. Общие представления об изучаемой дисциплине
Почвоведение – наука о почвах, их образовании (генезисе), строении, составе и свойствах, закономерностях географического распространения. Изучает формирование и развитие главного свойства почвы – плодородия и пути наиболее рационального его использования, а также вопросы охраны почв и их изменение под влиянием антропогенного воздействия. Cовременное почвоведение является наукой междисциплинарной, объединяющей самые разнообразные области человеческих знаний, среди которых физика, химия, математика, геология, биология, минералогия, микробиология, климатология, геология и растениеводство (рис.1). Понимание важной роли почвоведения пришло не сразу – долгое время почвоведение рассматривалось в качестве одной из агрономических дисциплин и преподавалось только в сельскохозяйственных вузах.
§2. Понятие о почве. Место, роль почвы в биосфере и значение для человека
Первоначально люди отождествляли почву с землей – участком поверхности, на которой обитает человек. С возникновением земледелия появилось представление о почве как об относительно рыхлом землистом слое, в котором укореняются наземные растения и который служит предметом земледельческой обработки. Такое простое представление о почве вполне удовлетворяло человечество в течение нескольких тысячелетий. В конце XVIII – начале XIX века в рамках агрогеологии появилось одно из первых научных определений почвы – это рыхлая горная порода, образующаяся из плотных горных пород под влиянием выветривания. Оно сохранялось до появления работ В.В.Докучаева, который показал научную несостоятельность такого понимания почвы и дал новое определение почвы как развивающегося природного тела.
В.В.Докучаев (1883) впервые установил, что почва – это самостоятельное природное тело и ее формирование есть сложный процесс взаимодействия материнской горной породы, климата, рельефа, живых организмов, помноженный на время. Самое главное в докучаевском определении почвы, сыгравшем столь выдающуюся роль в развитии новой науки, – это то, что оно, во-первых, ставит почву в ряд самостоятельных природных тел, качественно отличающихся от всех иных тел природы, во-вторых, показало, что почва эволюционирует во времени и пространстве, в-третьих, – подчеркнуло наличие функциональных связей между почвой и всеми другими природными телами и явлениями. Следовательно, и изучать данный объект должна самостоятельная наука – почвоведение.
Рассматривая почву как самостоятельное природное тело, нельзя не отметить такое существенное свойство, как плодородие, которое отличает ее от бесплодной горной породы. Академик В.Р.Вильямс дал следующее определение почвы: «Когда мы говорим о почве, мы разумеем рыхлый поверхностный горизонт суши Земного шара, способный производить урожай растений». Подходы В.В.Докучаева и В.Р.Вильямса взаимно дополняют друг друга, поэтому принято следующее определение: почва – это верхний рыхлый слой земной коры, который видоизменен и продолжает видоизменяться под взаимным влиянием горных пород, климата, рельефа, живых организмов, времени и хозяйственной деятельности человека, качественным показателем которого является плодородие.
Почва занимает промежуточное положение между живым (живущие организмы) и косным (горные породы, минералы) веществом биосферы и является, по выражению академика В.И.Вернадского, биокосным телом природы. Особое положение почвы определяется тем, что в ее составе участвуют как минеральные, так и органические и большая группа специфических органических и органоминеральных соединений – почвенный гумус. Неотъемлемую частью почвы – живую фазу – составляют живые организмы: корневые системы растений, почвообитающие животные, микроорганизмы. Поэтому почва является многофазной системой, включающей твердую, жидкую, газообразную и живую фазы в отличие от других природных тел.
Почва образуется в зоне контакта всех сфер Земли и формирует особую геосферу – педосферу, или почвенный покров. Благодаря этому почва выступает не только как результат взаимодействия разных сфер, но и сама играет большую роль в их функционировании. Её рассматривают как особую природную мембрану (биогеомембрану), регулирующую взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой Земли, роль которой для планеты так же важна, как роль кожного покрова для человека.
Прежде всего следует отметить общепланетарное значение почвы. Она обеспечивает существование жизни на Земле, являясь не только жизненным пространством для наземных организмов растительного и животного мира, но и служит основным источником питания и воды для растений, а через них и животные, и человек получают необходимые вещества для создания своей биомассы. Благодаря ее поглотительной способности осуществляется удержание минеральных, органических веществ, микроорганизмов и не допускается их вымывание с водой или выдувание ветром. В почве осуществляется превращение веществ из одной формы в другую, доступную для питания растений. Почва выполняет санитарные функции, способствует очищению воды, воздуха, разрушению многих вредных веществ, является барьером для болезнетворных микроорганизмов, вирусов и других источников инфекционных заболеваний. Нехватка или избыток отдельных химических веществ и их соединений в почве вызывают многие специфические заболевания (рахит, зоб, онкологические и др.). Почва выполняет функцию буфера и защищает поверхность суши от перегревания, переувлажнения или высушивания и т.д.
Важнейшая глобальная функция почвы – это обеспечение постоянного взаимодействия большого (геологического) и малого (биологического) круговоротов веществ. В случае нарушения почвенного покрова происходит принципиальное изменение в соотношении этих круговоротов в сторону ослабления биологического и усиления геологического, вследствие чего существует угроза быстрой потери многих биогенных элементов ландшафтами плакоров (водоразделов).
Большое влияние оказывает почва на литосферу, гидросферу и атмосферу. В литосфере почва является источником веществ, которые участвуют в образовании минералов, горных пород, полезных ископаемых. Среди минералов следует отметить прежде всего вторичные минералы, минералы легкорастворимых солей. Под влиянием почвенных процессов образовывались мощные толщи осадочных отложений (континентальных и морских), в которых находятся многие полезные ископаемые – уголь, нефть, фосфориты, бокситы, каменная соль, глина и др. Благодаря свойствам почвы атмосферная влага, выпадающая на поверхность суши, разделяется на поверхностный, почвенный и подземный сток, что уменьшает эрозионное разрушение литосферы.
Влияние почвы на гидросферу проявляется не только в трансформации поверхностных вод в грунтовые и участии в формировании речного стока и водного баланса, но и, в конечном счете, во всем круговороте воды на Земном шаре; при прохождении атмосферных осадков через почвенный профиль изменяется их химический состав, причем он всецело зависит от характера почвы. Особенностью почвы является быстрое обновление в ней воды. Если в Мировом океане полное обновление воды происходит на протяжении 3 тыс. лет, то почвенная вода обновляется за 1 год. В связи с тем, что в воду попадает большое количество почвенных веществ, почва представляет собой важный фактор биопродуктивности водоемов, а также играет роль защитного барьера акваторий, поглощая многие вредные вещества на пути их миграции в водные экосистемы. Воздействие почвы на атмосферу обусловлено тем, что почвенный воздух находится в постоянном взаимодействии с атмосферным. Почва «дышит» (с выделением СО2) и при этом в атмосферу попадает от 1 до 4 тыс. литров в час с гектара почвенного газа. В верхней части почвы воздух обновляется за 1 час. Важное место занимает и противоположный процесс – поглощение почвой газов (азота, оксида углерода (II), диоксида серы, этилена и др.). Почва участвует в поглощении и отражении солнечной энергии, а значит, и в формировании теплового режима атмосферы. Она является также источником попадания в атмосферу твердых частиц и микроорганизмов, которые конденсируют влагу, уменьшают приток тепла и света.
Огромна роль почвы и в жизни человека. Благодаря такому свойству, как плодородие, почва выступает основным условием возникновения и средством сельскохозяйственного производства. В этом качестве она характеризуется следующими особенностями: ограниченностью, незаменимостью, неперемещаемостью и плодородием. Эти особенности подчеркивают необходимость исключительно бережного отношения к почвенным ресурсам и постоянной заботы о повышении плодородия почв. Используя почву как средство производства, человек существенно изменяет почвообразование, влияя как непосредственно на свойства почвы, ее режимы и плодородие, так и на природные факторы, определяющие почвообразование. Следовательно, почва является не только объектом, но и продуктом человеческого труда. Обеспечивая получение основной массы сырья и продуктов питания, необходимых для человека, почва является основой существования человечества на Земле.
§3. Краткая история развития почвоведения
Интерес человека к почве отмечается с самого начала появления цивилизации, однако изучение и накопление эмпирических знаний о почве началось фактически с возникновением земледелия.
Археологические раскопки показывают, что земледелие развивалось быстрее и эффективнее в районах с плодородными почвами. Эти районы необходимо было найти и научиться использовать почвы. Таким образом, первоначальные сведения были необходимы человеку для того, чтобы определить на местности почвы, наиболее подходящие для различных видов сельскохозяйственного производства. В зависимости от свойств почвы делились на группы. Об том известно уже с X – VIII вв. до н.э. В Древнем Египте почвы подразделялись на «пшеничные», «виноградники и сады», «степные», «водно-болотные». В IV в. до н.э. в Китае разработана пятиступенчатая группировка почв, которая фактически используется до сих пор. Выделялись почвы черные (север Китая), белые (пустыни и полупустыни), синие (заболоченные), красные (тропики и субтропики), желтые (лессовые плато Китая). В древних цивилизациях (Индия, Месопотамия, Китай) уже много знали о важнейших свойствах почв, их использовании, способах улучшения (прежде всего орошение и осушение). Среди письменных памятников этого времени с описанием качества земли следует отметить египетские «Бруклинский папирус» и «Палермский камень» (3500 – 3000 до н.э.), знаменитый вавилонский «Кодекс Хаммурапи» (1750 до н.э.) – первое известное земельно-водное законодательство. В трудах ученых Рима и Античной Греции (Феофраст, Геродот, Вергилий) были обобщены известные на тот момент (VIII в. до н.э. – III в. н.э.) сведения о почве, их земледельческом использовании и установлено, что почва – особое вещество, изменчивое в пространстве, имеет такое свойство как плодородие, что сказывается на урожайности как дикорастущих, так и культурных растений. Особую известность получил трактат древнеримского ученого Колумеллы «О сельском хозяйстве», который явился первой в мире сельскохозяйственной энциклопедией, где можно было найти самые разнообразные сведения о почвах разных регионов, их плодородии, классификации, обработке, удобрении. Таким образом, благодаря исследованиям древних ученых в этот период была проведена систематизация сведений о почве, их классификация, получены первые научные сведения о географии почв, возможностях удобрения.
В период средневековья общий упадок сельского хозяйства привел к тому, что многие знания были утрачены и только в XV – XVII вв. возродились исследования о свойствах почв, появилась теория водного (Френсис Бэкон) и солевого (Бернар Палисси) питания растений, о круговороте веществ и формировании почв под воздействием растений (Авиценна, Леонардо да Винчи). К этому периоду относятся первые научные исследования на Киевской Руси, Беларуси, Украине. В XVI в. вышел Статут Великого княжества Литовского и другие книги, где приводились сведения о качестве земель и организационно-юридические вопросы их использования, обмена, купли-продажи, охраны.
На рубеже XVIII – XIXвв. в Европе возникла острая потребность в увеличении количества продуктов питания, вызванная развитием промышленности и ростом городского населения, а также растительного и животного сырья для перерабатывающей промышленности. Натуральное хозяйство не удовлетворяло растущие потребности, и нужно было изыскать пути повышения продуктивности почв. Решение этой проблемы стало жизненной необходимостью. Изучение физических, химических, биологических свойств почв, оценка урожайности сельскохозяйственных культур, применение удобрений и агротехнические мероприятия способствовали росту знаний о свойствах плодородия почв.
В конце XVIII в. немецкий профессор Альбрехт Тэер предложил гумусовую теорию питания растений, в которой он пытался доказать, что растения питаются непосредственно органическим веществом. В подтверждение этой теории приводились доводы о том, что почвы темноокрашенные, удобряемые навозом, обладают высоким плодородием. Тэер также разработал первую классификацию форм гумуса. Теория гумусового питания растений держалась до 1840 года, когда появилась книга Юстуса Либиха «Химия в приложении к земледелию и физиологии растений». В ней было доказано, что растения усваивают из почвы минеральные питательные вещества. На основании теории минерального питания растений Ю.Либих предложил применение минеральных удобрений для увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Появилась новая наука – агрокультурхимия, которая занималась разработкой способов применения удобрений. Однако почву стали рассматривать как инертную среду, смесь органических и минеральных соединений, плодородие которой зависит от внесения удобрений.
В России активно начали изучать свойства почв в первой половине XIX века, в 1851 г. была создана первая почвенная карта европейской части России. Василий Васильевич Докучаев (1846 – 1903) – основоположник научного почвоведения, в 1883 г. опубликовал монографию «Русский чернозем» в которой показал, что почва – есть самостоятельное естественноисторическое тело, образовавшееся в результате совокупной деятельности пяти факторов почвообразования: материнской породы, растительных и животных организмов, климата, рельефа, геологического возраста. Растительность, поселяющаяся на горных породах, вызывает в них ряд изменений, в результате которых порода превращается в новое тело природы – почву. Почвенная микробиота и метаболические процессы трансформации органического вещества усиливают влияние растительности. Год выхода этой книги и считается годом появления почвоведения как науки. Помимо учения о факторах почвообразования, В.В.Докучаев дал первую научную классификацию почв, разработал методику их исследования и оценки, составления почвенных карт.
Большой вклад в создание научного почвоведения внес российский ученый
П.А.Костычев (1845 – 1895). По его мнению, ведущими факторами почвообразования являются биологический процесс и биогенность почвы. Плодородие почвы зависит не только от химических процессов, совершающихся в ней, но и в равной мере от ее физических и биологических свойств. П.А.Костычев развивал агрономическое почвоведение, он изучал способы обработки почв, применения органических и минеральных удобрений, борьбы с засухой и эрозией почв, подчеркивал значение гумуса в восстановлении структуры и поддержании плодородия чернозема.
Н.М.Сибирцев (1860 – 1900) обобщил учение В.В.Докучаева о происхождении почв и представления П.А.Костычева о почве как среде, способной удовлетворить потребности растений в питании и влаге, написал первый учебник почвоведения, уточнил докучаевскую классификацию почв и концепцию бонитировки почв, которая практикуется в настоящее время.
К.Д.Глинка (1867 – 1927) разработал вопросы генезиса, географии и классификации почв.
К.К.Гедройц (1872 – 1932) разработал учение о поглотительной способности почв и приложил его к решению практических задач применения удобрений, обосновал мероприятия по известкованию и фосфоритизации почв. Фундаментальные методики лабораторных анализов почв, разработанные К.К.Гедройцем, широко используются и поныне.
В.Р.Вильямс (1863 – 1939) показал, что главным признаком всех почв, отличающим их от материнских пород, служит концентрация элементов питания в них, которая создается под воздействием растительности на почвообразующую породу, разработал схему управления плодородием почв.
Д.Н.Прянишников (1865 – 1948) основоположник агрохимической ветви почвоведения, исследовал химию почв, занимался обоснованием рационального применения азотных, фосфорных и калийных удобрений.
Теоретической и практической основой современного почвоведения являются работы по исследованию органического вещества почв И.В.Тюрина, М.М.Кононовой, Л.Н.Александровой и др., почвенных процессов и режимов – А.А.Роде, И.С.Кауричева и др., геохимии и эволюции почв – Б.Б.Полынова, М.А.Глазовской и др., агрофизических и мелиоративных свойств – Н.А.Качинского, В.А.Ковды, Л.П.Розова, В.В.Егорова и др., структуре и бонитировке почвенного покрова – В.М.Фридлянда, Т.А.Романовой и др., биогенности почв – Е.М.Мишустина, Д.Г.Звягинцева и др. В последние годы на первый план выходят проблемы охраны почвенного покрова и его рационального использования, прогнозирование будущего состояния почв. В авангарде оценки антропогенного воздействия на почвы и разработки прогнозов стоят научные работы белорусских и российских почвоведов и агрохимиков Т.Н.Кулаковской, И.М.Богдевича, Н.П.Смеяна, В.С.Аношко, С.Е.Головатого, Н.Н.Бамбалова, Г.В.Добровольского, Е.Д.Никитина и др.
§4. Земельные ресурсы мира и Республики Беларусь
● леса и лесопосадки – 40,3 млн. км 2 (27 %);
● естественные луга и травяно-кустарничковые пастбища – 28,5 млн. км 2 (19 %);
● земледельческая площадь – 19,0 млн. км 2 (13 %), из которой
орошаемая, осушаемая – 2,2 млн. км 2 ;
● неорошаемые пустыни, прибрежные пески и скальные грунты – 18,2 млн. км 2 (12,2 %);
● ледники – 16,3 млн. км 2 (11 %);
● тундра и лесотундра – 7,0 млн. км 2 (4,7 %);
● полярные и высокогорные пустыни – 5,0 млн. км 2 (3,3 %);
● антропогенный бедленд (испорченные земли) – 4,5 млн. км 2 (3 %);
● болота – 4,0 млн. км 2 (2,7 %);
● озера, реки, водохранилища – 3,2 млн. км 2 (2,1 %);
● земли городского и промышленного назначения – 3,0 млн. км 2 (2,0 %).
Как видно, сельскохозяйственные земли занимают всего лишь 11 %, большие площади заняты горами, пустынями, ледниками. В последнее время наблюдается тенденция сокращения земледельческой площади с одновременным уменьшением обеспеченности пашней и лесными угодьями на 1 человека. Одной из причин этого является опустынивание (по данным ООН, каждый год на 21 млн. га растет площадь земель с нулевой продуктивностью) в результате деятельности человека и изменения климата.
Почвенно-земельные ресурсы являются частью национального богатства нашей республики. Земельный фонд Республики Беларусь на 1.01.2005 г. составлял 20759,8 тыс. га, в том числе:
● площадь сельскохозяйственных земель – 9106,7 тыс. га;
из них пахотные – 5568,7 тыс. га,
● площадь лесных земель государственного лесного фонда и земли под древесно-кустарничковой растительностью – 8750,2 тыс. га;
● болота – 923,5 тыс. га;
● водные объекты – 477,4 тыс. га;
● дороги, улицы, площади и др. – 832,8 тыс. га;
● нарушенные земли – 6,8 тыс. га;
● другие – 652,4 тыс. га.
За последние годы в земельном фонде Беларуси произошли структурные изменения, выразившиеся в уменьшении площади пахотных угодий за счет отвода их под сенокосы и пастбища.