2. Роль почвы в природе и обществе

 

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 почвообразовательный 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 подзолы, 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, пустыни 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 энергии 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 составляют 99 % от всего живого вещества Земли. Большая часть этого вещества сосредоточена в почвенных горизонтах. Например, травы на 60–80 % состоят из корней. Как подземная часть растений, так и надземная масса служат источником питания растительноядных животных, а те, в свою очередь, становятся добычей хищников или после отмирания поедаются другими животными и дальше – микроорганизмами.

В конечном итоге все органическое вещество так или иначе попадает в почву. Именно здесь наблюдается наибольшая концентрация организмов. Почва – незаменимый аккумулятор биологической энергии в биосфере. Преобладающая масса живого вещества суши и потенциальной биологической энергии сосредоточена в почвенном покрове.

В итоге биологического преобразования растительных и животных остатков в почвах происходит накопление особых органических веществ – почвенного гумуса. В нем консервируются многие жизненно необходимые элементы, закрепляется энергия солнца, которая когда-то вначале была накоплена зелеными растениями.

В почвах происходят различные явления интенсивного разрушения химических соединений как органической, так и минеральной природы. Результатом всех биологических превращений органических веществ растительных, животных остатков и почвенного гумуса является их минерализация, т. е. переход в почвенные растворы 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 явлений – образование простых химических соединений, поступление в почвенные растворы химических элементов, которые входили в состав минералов почвы.

В биосфере вряд ли можно найти место, где биогеохимиче-ские процессы разрушения веществ разной природы протекают столь интенсивно. Это обусловлено тем, что в почве происходит сложный контакт и взаимодействие всех природных сил: живого вещества, воды, воздуха, температуры, различных химических соединений и т. д. Но главное – всепобеждающее действие живых организмов и продуктов их жизнедеятельности во всех явлениях. И в результате всех этих процессов в подвижное (миграционное) состояние переходят почти все химические элементы, а в почве присутствуют практически все элементы периодической системы Менделеева. Почва – единство противоречий. Ее функционирование определяется как обязательным закреплением и аккумуляцией сложных химических веществ разной природы, так и обязательным переходом в растворимое подвижное состояние очень многих химических элементов.

Соотношение химических элементов в живом веществе и в горных породах различно. В почвах постоянно аккумулируются, закрепляются 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 вещества, необходимого для жизни. В этом заключается процесс биологической 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 последующего 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 усваиваются растениями. Они часто находятся в избыточных количествах и под влиянием нисходящих потоков воды, промывающих почвы ежедневно, вовлекаются в миграционные потоки, т. е. почвенный покров – начальное звено миграции многих химических элементов. С почвенными растворами они появляются в родниках. Химический состав воды наших рек в конечном итоге зависит от химического состава почвенных растворов тех территорий, откуда текут реки.

Почвенный покров выполняет в биосфере еще одну важнейшую роль: он, как и Мировой океан, – очиститель (пурификатор) планеты. 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 свойство утилизировать, разлагать то, что оставляют после себя живые организмы. Способность почвы как пурификатора используется в некоторых городах для очистки канализационных и промышленных вод. Создаются специальные поля орошения, на которые поступают сточные воды и эффективно в почвенной среде проходят биологическую очистку.

Почва по отношению к человеческому обществу имеет двойственную природу. Во-первых, это базис, физическая среда, жизненное пространство для сооружения, размещения жилищ, населенных пунктов, промышленных предприятий, дорог, мест отдыха и т. д. Во-вторых, экономическая основа существования людей, основное средство производства в сельском хозяйстве, выступающее как предмет и орудие труда одновременно.

В заключение отметим, что необходимо различать понятия «почва» и «земля», как это характерно для других языков (лат. solum-terra, англ, soil-land и т. д.). Земля – понятие более сложное, включающее в себя не только почву, но и определенную часть земной поверхности в конкретном географическом пространстве. Это окружающая нас географическая обстановка: ландшафты, поселки, города, леса, луга, сады, пашни, водные пространства и т. д. И, конечно, Земля – название одной из планет Солнечной системы, на которой мы живем. Исходя из вышеизложенного можно определить особенности почвы как природного тела, ее биосферные функции и сельскохозяйственное значение.

Особенности почвы как природного тела:

1) почва занимает определенное место на нашей планете – это поверхностный горизонт земной коры, образующий небольшой по мощности слой. Почвенный покров Земли составляет педосферу. Верхняя граница почвы – поверхность раздела между почвой и атмосферой; нижняя граница – глубина проникновения почвообразовательных процессов (определение нижней границы почвы достаточно условно). Почва – неотъемлемая часть наземных биогеоценозов;

2) 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 и энергии на Земле (геологический и биологический);

4) почва – природное образование, уникальное по сложности вещественного состава;

5) для почв характерна сложная пространственная организация и дифференциация признаков, свойств и процессов;

6) общее и важнейшее качество почв – плодородие.

Биосферные функции почвы:

1) обеспечение существования жизни на Земле (почва – следствие жизни и одновременно условие ее существования);

2) обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов (циклов) веществ на земной поверхности;

3) регулирование химического состава атмосферы и гидросферы;

4) регулирование биосферных процессов, в частности плотности жизни на Земле;

5) аккумуляция органического вещества и связанной с ним химической энергии.

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

3. Почвоведение в системе наук

 

Почвоведение принадлежит к наукам о природе, т. е. является естественнонаучной дисциплиной. Оно тесно соприкасается с фундаментальными науками (математика, физика, химия), естественно-историческими (биологией, геологией, географией), разного рода прикладными науками (земледелие, растениеводство, агрохимия, лесоводство, мелиорация, землеустройство, инженерное строительство, экономика сельского хозяйства, здравоохранение, охрана окружающей среды и др.).

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

Прежде всего выделяется системный (комплексный) подход к изучению почвы, который подразумевает ее исследование в неразрывной 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 генетическим 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, гранулометрическому составу, структуре, сложению, новообразованиям, включениям и т. д. Различают три вида морфологического анализа: макроморфологически й – изучение почвы невооруженным глазом, мезоморфологический – с помощью лупы и бинокуляра, микро-морфологический – с использованием микроскопов. Морфологический анализ почвы является обязательным начальным этапом всех почвенных исследований.

Сравнительно-географический метод основан на изучении связей между пространственным изменением свойств и состава почв с географией факторов почвообразования. Использование этого метода позволяет делать обоснованные заключения о генезисе (происхождении) почв и закономерностях их географии.

Сравнительно-исторический метод базируется на принципе актуализма, что дает возможность исследовать прошлое почв на основании изучения их современного состояния: погребенных почв и почвенных горизонтов, реликтовых признаков почв и их сопоставления с современными процессами.

Биогеоценотический (экологический) метод подразумевает одновременное сопряженное изучение всех компонентов биогеоценоза: почвы, растений, животных, микроорганизмов, атмосферы, природных вод, горных пород с учетом конкретных условий географической среды.

Метод моделирования заключается в исследовании сложных объектов, 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 почвенных процессов.

Метод почвенных ключей основан на детальном исследовании небольших репрезентативных участков-ключей и интерполяции полученных 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 визуальное изучение фотографий земной поверхности или ее прямое исследование 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 бывают полевые и лабораторные. Полевые почвенные исследования включают экспедиционные и стационарные методы изучения почв.

Метод почвенных монолитов базируется на принципе физического моделирования почвенных процессов (передвижения влаги, солей и т. д.) на почвенных колонках (монолитах) ненарушенного строения, взятых особым образом из почвенного разреза.

Метод вегетационных сосудов широко используется для исследования взаимосвязей в системе почва – растение.

Метод почвенных вытяжек основан на гипотезе о том, что каждый растворитель (вода, растворы кислот, щелочей или солей разной концентрации, органические растворители – спирт, ацетон, бензол и т. п.) экстрагирует из почвы при контролируемых условиях взаимодействия какую-то определенную группу химических соединений.

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

Часть I
Состав и свойства почв

Глава 1
Морфология и структура почв

1.1. Морфология почв

Почвы обладают внешними, так называемыми морфологическими, признаками, которые отражают внутренние процессы, происходящие в почвах, их генезис (происхождение) и историю развития.

Морфологические признаки – внешние признаки почвы, по которым ее можно отличить от горной породы или одну почву от другой, а также приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса. Главные морфологические признаки почвы: строение почвенного профиля, мощность почвы и ее отдельных горизонтов, окраска, структура, гранулометрический состав, сложение, новообразования и включения.

Строение почвенного профиля

Общий вид почвы со всеми почвенными горизонтами называется строением почвы. Это результат генезиса почвы, постепенного развития ее из материнской породы, которая дифференцируется на горизонты в процессе почвообразования. Совокупность генетических горизонтов образует генетический профиль почвы.

Почвенный профиль – определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов почвы. Почвенный профиль специфичен для каждого типа почвообразования.

Генетические почвенные горизонты – это однородные, обычно параллельные поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам.

Наиболее распространенным в нашей стране является использование следующих символов генетических горизонтов почв.

Горизонт A₀ – лесная подстилка, или степной войлок. Представляет собой опад растений на различных стадиях разложения – от свежего до полностью разложившегося. Это самая верхняя часть почвенного профиля. Встречается только в естественных почвах.

Горизонт А – гумусовый горизонт. Чаще всего наиболее темно-окрашенный горизонт в верхней части почвенного профиля, в котором происходит накопление органического вещества в форме гумуса, тесно связанного с минеральной частью почвы. Цвет этого горизонта варьируется от черного, бурого, коричневого до светло-серого, что зависит от состава и количества гумуса. Мощность гумусового горизонта колеблется от нескольких сантиметров до 1,5 м и более.

Горизонт Т – торфяный горизонт. Содержание органического вещества – более 70 % со степенью разложения менее 50 %. Поверхностный органогенный горизонт с содержанием органического вещества от 30 до 70 %, состоящий из разложившихся органических остатков (степень разложения – больше 50 %) и гумуса с примесью минеральных компонентов, называют перегнойным горизонтом.

Горизонт А_д – дерновый. Горизонт, в котором живых корней растений более 50 %.

Горизонт А_п, или А_пах – пахотный. Горизонт, измененный продолжительной сельскохозяйственной обработкой, сформированный из различных почвенных горизонтов на глубину вспашки – обычно 25–30 см. Встречается только в пахотных почвах.

Горизонт Al – минеральный гумусово-аккумулятивный. Встречается в почвах, где происходит разрушение алюмосиликатов и образование подвижных органо-минеральных веществ. Это верхний темно-окрашенный горизонт, содержащий наибольшее количество органического вещества.

Горизонт А₂ – элювиальный (подзолистый или осолоделый). Формируется под влиянием кислотного или щелочного разрушения минеральной части. Это сильно осветленный, бесструктурный или слоеватый рыхлый горизонт, обедненный гумусом и другими соединениями, а также илистыми частицами за счет вымывания в нижележащие слои, и относительно обогащенный остаточным кремнеземом.

Горизонт В – переходный, или иллювиальный. В первом случае (черноземный тип почвообразования) в этом горизонте не наблюдается существенных перемещений веществ в почвенной толще, горизонт В является переходным слоем к почвообразующей породе, характеризуется постепенным ослаблением процессов аккумуляции гумуса, разложения первичных минералов. Во втором случае (подзолистый тип почвообразования) горизонт В располагается под элювиальным горизонтом и представляет собой бурый, охристо-бурый, красновато-бурый, уплотненный и утяжеленный, хороню острук-туренный горизонт, характеризующийся накоплением глины, окислов железа, алюминия и других коллоидных веществ за счет вмывания их из вышележащих горизонтов.

Горизонт G – глеевый. Характерен для почв с постоянно избыточным увлажнением (болотных, тундровых, аллювиальных и др.), которое вызывает восстановительные процессы в почве и придает горизонту характерные черты – сизую, серовато-голубую или грязно-зеленую окраску, наличие ржавых и охристых пятен, слитость, вязкость и т. д.

Горизонт С – материнская (почвообразующая) горная порода. Из этой породы сформировалась данная почва. На этой глубине порода уже не затронута специфическими процессами почвообразования (аккумуляцией гумуса, элювиированием и т. д.).

Горизонт Д –