О почве

Знания о почвах накапливались веками. Человек всегда, от самого зарождения цивилизации, поклонялся земле, а вернее почве, потому что она была и остается основным средством в обеспечении человечества продовольствием, создании его условий жизни. Люди давно научились различать почву кислую, вязкую, глинистую, холодную, каменистую, засоренную и т.д. По своему опыту они знали, что хорошая почва, как и еда, не должна быть ни слишком жирной, тяжёлой и холодной, ни сырой: она должна быть как хлеб, как пряник, как сдобная булка, как поднявшееся тесто; должна рассыпаться, но не крошиться; должна хрустеть под заступом, но не чавкать; при переворачивании не должна превращаться в скамьи, головы, пласты, клецки, а должна, облегченно вздыхая, распадаться в комки и крупную пыль. Вот это и есть почва съедобная и вкусная, культурная, дышащая, мягкая, словом, хорошая почва, как бывают хорошие люди. Так писал о почве известный чешский писатель Карел Чапек. Свыше 90% потребляемых человеком продуктов дает земля – почва. Почвенный покров служит пространственным базисом поселения человека, размещения его жилища, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, шахт, рудников, сооружения дорог, каналов и т.д. Почва также является средой существования растений, животных и микроорганизмов. В 1 грамме луговой почвы живет и “трудится” около миллиарда клеток микроорганизмов, сотни тысяч мельчайших беспозвоночных – простейшие, ногохвостки, клещи и другие, а также более крупные беспозвоночные – дождевые черви, пауки, мокрицы и другие. Общая биомасса всех живых организмов в почве (суше Земли) почти в 700 раз превосходит океан, хотя на долю суши приходится менее 1/3 земной поверхности. Но в то же время по весу почва на 90% и более состоит из минеральной массы, воды, гумуса и других неживых образований. В почве содержится большое количество минералов, известных как глинистые или вторичные минералы, – каолинита, монтмориллонита, галлуазита, серпентина и ряда других. Эти минералы обладают высокими сорбционными свойствами, способностью к набуханию и удержанию воды, позволяющими почве удерживать практически все поступающие в неё химические элементы и соединения. Важнейшей особенностью почв является наличие в них специфических органических соединений – гумусовых веществ – продуктов переработки растительных и животных организмов.

В почве распределяются и преобразуются энергия и вещества, необходимые для жизни человека. Почва является главным регулятором состава атмосферы Земли. Обусловлено это деятельностью почвенных микроорганизмов, в огромных масштабах продуцирующих разнообразные газы – азот и его окислы, кислород, диоксид и оксид углерода, метан и другие углеводороды, сероводород, ряд прочих летучих соединений. Таким образом, почва, будучи предметом многосторонних интересов человека, является незаменимым видом природных ресурсов, обеспечивая настоящее и будущее человечества. Разрушение почв сопровождается неурожаями и голодом, приводит к бедности государств, а гибель почв может вызвать гибель всего человечества.

Возникает естественный вопрос - так что же такое почва? Это живая или неживая материя? И то и другое, и в подтверждение тому служат приведенные выше примеры.

Почва – это особое естественноисторическое тело Природы, является биокостным телом, т.е. состоит из живых и неживых материалов. На протяжении многих веков человечество, занимаясь земледелием, вплоть до конца XIX столетия не задумывалось над понятием, а “что же такое почва”. В середине XIX века многие ученые обратили внимание на почву, как на материальное тело. Поэтому они стали изучать её состав и отдельные её свойства. Более всего их интересовал вопрос, что же собою представляет “почва” для растений: или это их “опора” (место размещения корней), или это “источник их пищи”.

Поскольку изучением почв в то время занимались исключительно геологи и агрономы, то преобладающей точкой зрения первых был взгляд на почву, как на горную породу, и почву подразделяли на песок, глину, суглинок и т.п. Геологи считали почву верхним геологическим слоем. Агрономы же за почву принимали верхний слой земли в 30-40 сантиметров и глубже “не заглядывали”. Многие исследователи изучали почву на таких уровнях, и вот в 1883 году профессор Санкт-Петербургского университета Василий Васильевич Докучаев, также геолог по образованию, пришел к выводу, что почва – это вовсе не горная порода. Ему удалось в простом нагромождении имеющихся фактов увидеть систему. В верхних слоях Земли, таких разнообразных по внешнему виду, он обнаружил признаки естественно-исторического тела, обладающего своими особыми свойствами, историей, законами развития. Он сформулировал понятие, что почва – это “самостоятельное, естественно-историческое тело” на планете Земля, такое же самостоятельное природное материальное тело как растительный мир, как животный мир, как минералы, как природные воды, как атмосфера. Но в отличие от них, она обладает удивительным свойством – плодородием. Тем самым, почва, обладающая плодородием, одновременно является для растений и опорой, и источником их питания. Докучаев первым установил, что в сходных природных условиях образуются сходные почвы, а в разных – разные.В.В. Докучаев показал, что почва действительно произошла из горной породы, но она настолько сильно изменилась, что её уже нельзя считать горной породой. Это не только совершенно измененная горная порода, но и порода, приобретшая собственно новый облик, новые свойства, новый состав. Василий Васильевич Докучаев не только установил, что почва является самостоятельным природным телом, но и создал новую науку, изучающую это тело. Эта наука получила название “Почвоведение”, или “Pedology (Pedologya)”. Датой рождения современного генетического почвоведения считается 7 декабря 1883 года, день, когда в Санкт-Петербургском университете состоялась защита докторской диссертации В.В. Докучаевым “Русский чернозем”. С недавних пор этот день календаря по решению ЮНЕСКО считается Всемирным днем почвы.

Морфология почв

Морфология почв – особый раздел почвоведения, характеризующийся своим собственным предметом и методом исследования. Изучение любого предмета человек в процессе познания всегда начинает с рассмотрения его внешнего облика, ощущая его как нечто, отличное от иных, окружающих его предметов. Именно поэтому морфология – учение о форме – лежит в основе всех естественных наук. Как медицина начинается с анатомии человека, а зоология и ботаника – с анатомии животных и морфологии растений, так и почвоведение имеет своим начальным пунктом морфологию почв. Без знания морфологии предмета невозможно дальнейшее познание его свойств, его соотношений с другими предметами и окружающей средой. Морфология почв лежит в основе их диагностики, а, следовательно, и классификации.

Почвенный профиль

Почвенным профилем называется определенная вертикальная последовательность генетических горизонтов в пределах почвенного индивидуума, специфическая для каждого типа почвообразования.

Профиль почвы характеризует изменение ее свойств по вертикали, связанное с воздействием почвообразовательного процесса на материнскую горную породу. Наблюдается закономерное, зависящее от типа почвообразования изменение гранулометрического, минералогического, химического состава, физических, химических и биологических свойств почвенного тела от поверхности почвы вглубь до незатронутой почвообразованием материнской породы. Это изменение может быть постепенным, что отражается плавным ходом соответствующих кривых на графиках распределения, характеризующих те или иные параметры почвы, например содержание гумуса, илистых частиц, полуторных оксидов. С другой стороны, кривые могут иметь ряд минимумов и максимумов, что отражает горизонты выноса и аккумуляции тех или иных веществ, резкие различия в составе и свойствах горизонтов профиля.

Главные факторы образования почвенного профиля, т.е. дифференциации исходной почвообразующей породы на генетические горизонты, – это, во-первых, вертикальные потоки вещества и энергии (нисходящие или восходящие в зависимости от типа почвообразования и его годовой, сезонной или многолетней цикличности) и, во-вторых, вертикальное распределение живого вещества (корневые системы растений, микроорганизмы, почвообитающие животные).

Строение почвенного профиля, т. е. характер и последовательность составляющих его генетических горизонтов, специфично для каждого типа почвы и служит его основной диагностической характеристикой. При этом имеется в виду, что все горизонты в профиле взаимно связаны и обусловлены. В разных типах почв отдельные горизонты могут иметь близкие признаки и свойства и быть аналогичными или однотипными в генетическом плане, как, например, гумусовый или глеевый горизонты в разных почвах. Тем не менее, для каждой конкретной почвы всегда имеется комплекс взаимосвязанных горизонтов, составляющих ее характерный профиль, а не их простая сумма.

Генетическая целостность, единство почвенного профиля – основное свойство почвенного тела, почвы как таковой, формирующейся в процессе почвообразования из исходной материнской породы, как единое целое, и развивающейся во времени в единстве составляющих ее генетических горизонтов.

Почвенный горизонт

Генетические почвенные горизонты – это формирующиеся в процессе почвообразования однородные, обычно параллельные земной поверхности слои почвы, составляющие почвенный профиль и различающиеся между собой по морфологическим признакам, составу и свойствам.

Генетические горизонты в почвенном профиле выступают как однородные составные части почвенного тела, причем их однородность подразумевается только в масштабе рассмотрения почвенного профиля. При ином, более детальном масштабе рассмотрения, почвенные горизонты оказываются весьма неоднородными, устроенными очень сложно.

На заре развития почвоведения В.В. Докучаев выделил в почве всего три генетических горизонта: А – поверхностный гумусо-аккумулятивный; В – переходный к материнской породе; С – материнская горная порода, подпочва.

Последующее развитие почвоведения привело к выделению довольно большого разнообразия генетических горизонтов различных почв, обозначаемых различными символами. До сих пор у почвоведов разных научных школ нет единства в диагностике и символике различных почвенных горизонтов, что создает немалые трудности в науке.

Физика почв

Физика почв – это отрасль науки «Почвоведение», изучающая физические свойства почв и протекающие в них физические процессы.

Почвы, как физическое тело, представляет собой полидисперсную, гетерогенную систему, состоящую в основном из минеральных частиц различного диаметра и разного минералогического и химического составов. Между этими частицами образуются пустоты (поры), которые заполнены почвенным воздухом или почвенным раствором.

Благодаря своей дисперсности, почвы обладают большой поверхностью, следовательно, и значительной свободной поверхностной энергией. Это обеспечивает проявление процессов обмена между твердой и жидкой фазами почв.

Степень проявления процессов обмена, их активность зависят от физических свойств почв, и чтобы понять сущность процессов почвообразования как совокупность элементарных почвенных процессов (ЭПП), необходимо знать характер и особенности физических свойств почв.

В задачу фундаментального направления почвоведения «физика почв» входит познание состава и свойств твердой фазы почв. Главным при этом являются вопросы установления степени диспергированной минеральной части, ее способность изменять свое состояние (характер взаимоотношений с другими почвенными фазами и, прежде всего, с жидкой).

В современном почвоведении принято определение, что почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная структурная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени. Это определение несёт в себе, прежде всего, информацию об эволюции почв и её организации. В меньшей степени это определение раскрывает понятие почвы как физического тела, внутри которого происходят процессы переноса веществ и энергии, процессы сорбции, десорбции и др. Специалисты же по физике почв обращают внимание, как раз на физические аспекты, поэтому с их точки зрения, почва – это гетерогенная многофазная дисперсная система с определёнными условиями на границах (верхней и нижней), обладающая свойствами аккумулировать и выделять, проводить и трансформировать вещества и энергию. Эти процессы лежат в основе осуществления почвой её основных функций в биосфере (Добровольский, 1990):

основа биологической продуктивности;
качество окружающей среды, прежде всего, в отношении здоровья растений и животных (человека)
сохранение и поддержание биоразнообразия.

Качество же почв нередко определяют как «способность почвы осуществлять её функции».

Взаимоотношения минеральной части твердой фазы почв с другими ее почвенными фазами определяют водный и воздушный режимы почв, изучение которых также является задачей «Физики почв».

Физика почв – это наука, которая является составной частью науки о почвах и стремится раскрыть и понять все особенности функционирования почвы как природного образования.

Понятие этих вопросов лежит в основе разработки современных систем земледелия, конкретно ее элементов, в виде обработки почв и ухода за посевами. Физика почв служит теоретической основой применения осушительнооросительных мелиораций, определения доз вносимых удобрений, регулирования водно-воздушного режима почв.

Биология почв

Без огромного и сложного мира живущих в почве существ нет и не может быть самой почвы, а без почвенного покрова не могла бы развиваться биосфера Земли как единая планетарная оболочка.

Почвенный покров нашей планеты обеспечивает жизнь растений и служит конвейером по переработке их остатков. С другой стороны, «живое вещество», по образному выражению академика В.И. Вернадского, само создает почву. Состав «живого вещества» почв, организмов, популяции и сообществ, вызываемые организмами процессы и результаты их деятельности изучает наука биология почв.

Биология почв — комплексная наука, возникшая на стыке разных разделов биологии и почвоведения. Биология почв рассматривает биологические аспекты почвоведения, а именно живой мир, населяющий почву и процессы взаимодействия этого мира с твердой, жидкой и газообразной составными частями почвы.

Биология почв включает в своя почвенную зоологию и протистологию, альгологию и микологию, микробиологию и биохимию. Она изучает процессы и явления, которые составляют область исследовании генетического почвоведения (происхождение и развитие почв, образование гумуса, формирование почвенного профиля и др.), физики и химии почв (роль микроорганизмов в образовании водопрочных агрегатов почв, в разрушении структуры, в превращении отдельных элементов, их аккумуляции и др.), географии почв (разработка принципов и методов биологи- ческой диагностики и классификации почв), агрохимии и земледелия (почвенное плодородие и питание растений), охраны почв и борьбы с их загрязнениями. Биология почв не только описывает явления, но и расшифровывает механизмы протекающих в почве процессов, их биохимическую сущность.

Химия почв

Химия почвы является разделом почвоведения, изучающим химические основы почвообразования и плодородия почв. Химические свойства почв показатели химического состояния почв используются почвоведами всех направлений, независимо от их узкой специализации, для решений вопросов генезиса, классификации почв, бонитировки почв, при разработке мелиоративных мероприятий и рекомендаций по химизации земледелия. В последние годы исключительно актуальной стала новая задача – разработка теоретических основ и методов охраны почв от химического загрязнения. Решение практически всех задач химии почв основывается на использовании законов почвоведения, современной теоретической химии и инструментальных экспрессных методов химического исследования и анализа почв.

В современной химии почв можно выделить четыре главных направления: учение о почвенной массе, химия почвообразовательных процессов, химические основы плодородия и аналитическая химия почв.

Современная химия почвы призвана решать задачи, связанные с •происхождением, свойствами и использованием почв. Поэтому в качестве наиболее общего ее определения можно дать следующее: химия почвы — это раздел почвоведения, изучающий химические основы почвообразования и плодородия почв. Основой для решения этих вопросов служит исследование состава, свойств почв и протекающих в почвах процессов на ионно-молекулярном и коллоидном уровнях.

Согласно определению, предметом изучения химии почв является особое естественно-историческое тело — почва. Химия почв, как и почвоведение в целом, использует сравнительно-географический и профильно-генетический методы, но не располагает особыми методами, позволяющими качественно отграничить химию почв от других разделов почвоведения. Разработаны методы и показатели, характеризующие специфические свойства почв. К их числу можно отнести показатели поглотительной способности почв, групповой состав гумуса, профильное распределение элементов, распределение элементов по группам подвижности и доступности растениям, нитрификационная способность почв, но все же эти методы не выводят химию почв за рамки почвоведения. Неверно было бы рассматривать химию почв и как раздел химии, поскольку ее главное целевое назначение — решение почвенных задач. Правильное решение вопроса о месте химии почв в системе наук имеет важное методологическое значение, так как оно определяет пути развития химии почв, ее роль в решении народнохозяйственных задач. Современную химию почв можно подразделить на четыре главных направления: химия почвенной массы, химия почвенных процессов, химические основы почвенного плодородия, аналитическая химия почв.

Заложение почвенных разрезов

Для изучения и определения почв в природе, установления границ между различными почвами, взятия образцов для анализов закладывают специальные ямы, которые принято называть почвенными разрезами. Они бывают трех типов: полные (основные) разрезы, полуямы (контрольные), прикопки (поверхностные).

Полные, или основные, разрезы делают с таким расчетом, чтобы были видны все почвенные горизонты и частично верхняя часть неизмененной или малоизмененной материнской породы. Их закладывают в наиболее типичных, характерных местах. Их назначение – детальное изучение морфолого-генетических признаков почв с отбором образцов для физико-химических, биологических и других анализов, определения окраски, структуры и т.д. Глубина основных почвенных разрезов сильно варьирует в зависимости от мощности почв и целей исследований. Обычно в практике полевых исследований и картирования почв почвенные разрезы закладывают на глубину 1,0–2 м.

Полуямы, или контрольные разрезы закладывают на меньшую глубину – от 75 до 125 см, обычно до начала материнской породы. Он служат для дополнительного (контрольного) изучения основной части почвенного профиля – мощности почвенных гумусовых и других горизонтов, глубины и залегания солей, степени выщелоченности, оподзоленности, солонцеватости, солончаковатости, и др.

Прикопки, или мелкие поверхностные разрезы глубиною менее 75 см, служат главным образом для уточнения почвенных границ, выявленных полными разрезами и полуямами.

Принципы заложения почвенного разреза

На выбранном для почвенного разреза месте копают яму размером 0,8×1,5×2,0 м так, чтобы три стенки ее были отвесны, т. е. вертикальны, а четвертая – со ступеньками. Передняя «лицевая» стенка, которая предназначается для изучения почвенного разреза, должна быть обращена к солнцу. Почву из ямы необходимо выбрасывать на длинные боковые стороны, но ни в коем случае не в сторону «лицевой» стенки, так как это приводит к ее «загрязнению» и даже к разрушению верхней части стенки почвенного разреза. При этом придерживаются следующего правила: сначала почву выбрасывают на одну сторону разреза, затем, когда начинается светлоокрашенный слабогумусированный горизонт – на другую. После окончания работы разрез закапывают, и здесь порядок работы будет другой: на дно разреза сбрасывается сначала почвенная масса из нижних горизонтов, затем – из верхних. Так наносится наименьший ущерб природе.

Когда яма готова, приступают к описанию почвы (бланк описания почвенного разреза), начиная запись в полевом дневнике с указания номера разреза, его географического местоположения, а также положения относительно постоянных ориентиров (привязка). Записи в полевом дневнике делают сразу начисто, разборчиво, карандашом., необходимо, в первую очередь, определить характер почвообразующей породы, ее гранулометрический состав, засоление, степень увлажнения и взять образец материнской породы для последующего изучения или анализа, так как в дальнейшем, при препарировании, нижняя часть «лицевой» стенки и дно ямы будут засорены осыпающейся почвенной массой из верхних горизонтов. После этого «лицевую» стенку гладко очищают лопатой и одну (правую) половину стенки препарируют стамеской, ножом или маленькой лопаткой, для того чтобы лучше рассмотреть морфолого-генетические признаки почв, а вторую (левую) половину стенки оставляют в гладко зачищенном виде для сравнения и контроля. Затем необходимо приступить к изучению морфолого-генетических признаков почв и описанию почвенного разреза.