Структура почвоведения

Как естественнонаучная дисциплина почвоведение тесно cвязана с другими естественными науками и широко использует их методы и достижения.

Почвоведение тесно связано с геохимией, в частности с биогеохимией и гидрохимией, в вопросах изучения процессов и закономерностей миграции и трансформации веществ на поверхности Земли.

Климатология и метеорология помогают почвоведам оценивать роль климата и атмосферных факторов в почвообразовании, в создании и поддержании почвенных режимов, в частности водного и теплового режимов почв, а также в географическом распространении почв на земной поверхности.

Ряд наук биологического цикла особенно важен в изучении плодородия почвы и вопросов почвенного питания растений.

Почвоведение широко использует методы и подходы микробиологии, биохимии, физиологии растений.

Тесно связаны почвоведы с ботаниками (генезис и география почв), с зоологами (почвенная зоология).

Необходимы почвоведам и знания экологии растений и животных.

Ряд разделов почвоведения непосредственно является научными дисциплинами биологического цикла: это биология почв с ее подразделами почвенной энтомологии, микробиологии, энзимологии.

Изучение почвенного гумуса невозможно без использования подходов и методов биохимии.

Вся химия почв связана с использованием подходов и методов наук химического цикла: аналитической химии, органической химии, физической химии, коллоидной химии, а изучение физики почв основано на приложении к почве законов общей физики.

Существует связь почвоведения с математикой.

С одной стороны, это широкое использование статистических и вероятностных подходов для оценки почвенной неоднородности разных уровней и оценки почвенного плодородия (бонитировка почв);

с другой – математическое описание тех или иных физических и химических процессов в почвах;

с третьей – имитационное математическое моделирование почвенных процессов, таких, как передвижение воды или солей в почвах.

Следует отметить, что созданная В.В. Докучаевым теория и методология генетического почвоведения явилась плодотворной основой формирования ряда новых наук – ландшафтоведения, биогеохимии, лесоведения, агролесомелиорации, геохимии ландшафтов, геоботаники, биогеоценологии.

На базе докучаевской методологии его ученик и последователь академик В.И. Вернадский заложил основы современного учения о биосфере и ноосфере.

Существенную роль докучаевские концепции сыграли в развитии современной экологии и учения об окружающей среде. Принятый сейчас во многих науках так называемый « экологический подход» – это не что иное, как классический докучаевский подход.

Такое широкое применение подходов и методов разных наук в почвоведении связано с особенностями почвы как природного тела – ее формированием и существованием на границе взаимодействия геосфер Земли, изучаемых разными циклами наук.

В процессе исторического развития в почвоведении выделился ряд специализированных разделов, из которых главными являются общее почвоведение и частное.

Фундаментальное, или общее, почвоведение, направлено на изучение всех особенностей почвы как природного тела.

Прикладное, или частное, почвоведение состоит в изучении различных аспектов использования почвы человеком.

Хотя деление почвоведения на фундаментальное и прикладное является довольно относительным и небезусловным, оно удобно для понимания структуры науки и ее исторической дифференциации.

Структура фундаментального почвоведения.

В фундаментальном почвоведении обособилось несколько научных направлений в зависимости от различных аспектов рассмотрения почвы и методов ее изучения.

Первое из них, которое можно назвать педогностика, связано с изучением вещественного состава, строения и свойств почвы.

В этом направлении выделились такие разделы почвоведения, как морфология почв, химия почв, физика почв, минералогия почв, биология почв.

Вторым важнейшим направлением, которое условно можно назвать педографией, служит изучение пространственного распространения и природного разнообразия почв на земной поверхности в связи с общей географией природной среды.

В этом направлении обособились такие разделы почвоведения, как география почв, картография почв, систематика почв, экология почв, оценка почв, почвенная информатика.

Третье направлениеобщего почвоведения — это историческое почвоведение, связанное с изучением генезиса (происхождения, развития) и эволюции почв в контексте общей истории развития земной поверхности. Свои особые подходы и методы имеют здесь генетика почв и палеопочвоведение.

Четвертое направление можно определить, как динамическое почвоведение, включающее исследование процессов почвообразования и современных почвенных режимов.

Следует отметить, что все перечисленные выше разделы почвоведения участвуют в развитии этого научного направления, каждый на основе своих особых подходов и методов.

Пятое научное направление – это региональное почвоведение связанное с изучением особенностей почв и почвенного покрова крупных регионов (природных или административных) Земли.

В рамках общего природоведения региональные монографии о почвах всегда имеют огромную научную ценность, являясь основой рационального природопользования, которое регионально. Человек использует природные ресурсы именно там, где он живет, и он должен знать детально ресурсы именно своего региона. Поэтому в истории почвоведения региональным работам и обзорам всегда уделялось и уделяется очень много внимания.

Шестое научное направление в общем почвоведении это история и методология науки как часть общего науковедения, получившего особенно интенсивное развитие в последнее время в связи с возросшей ролью науки в производственной деятельности человека, когда она стала непосредственной производительной силой общества

Структура прикладного почвоведения.

Прикладное почвоведение также дифференцируется в зависимости от области использования почвы в хозяйственной деятельности человека.

В наибольшей степени почвоведение связано с сельским хозяйством и прежде всего земледелием.

Отсюда сельскохозяйственное почвоведение или агропочвоведение – это наиболее обширная прикладная отрасль науки о почве.

Сельскохозяйственные аспекты почвоведения включают в себя очень широкий круг вопросов:

- наиболее рациональный способ использования тех или иных почв, в том числе рациональную организацию территории и наиболее продуктивный и экономически целесообразный севооборот;

- выбор почв, наиболее пригодных для тех или иных культур и севооборотов;

- определение способов механической обработки каждого вида почвы и в каждом севообороте;

- выбор путей и способов повышения плодородия почв и поддержания его на достаточно высоком уровне для обеспечения оптимальной биологической продуктивности;

- выбор путей и методов защиты почв от загрязнений и деградационных процессов;

- постоянное управление почвенными процессами и режимами для поддержания оптимального состояния почв;

- определение приложимости технологий, разработанных в одних почвенных условиях, к другим территориям и т. д.

Мелиоративное почвоведение служит теоретической основой комплексной мелиорации почв инженерно-техническими, химическими, биологическими и агротехническими методами.

Лесное почвоведение вместе с лесоведением является научной основой повышения продуктивности лесов, создания наиболее продуктивных искусственных насаждений, лесомелиоративных мероприятий, в том числе агролесомелиорации.

Санитарное почвоведение также имеет большой круг задач в связи:

- с проблемой обезвреживания различных промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов; с проблемой географии болезней растений, животных и человека, включая эндемические болезни и патологии;

- с проблемой борьбы с патогенными и векторными организмами (переносчики инфекций), значительное число которых является почвообитающими;

- с проблемой защиты растений, животных и человека от радиационного заражения и поражения.

Инженерное почвоведение смыкается по своим задачам и методам с грунтоведением и инженерной геологией, рассматривая почву как основание для сооружений и коммуникаций или как строительный материал.

Есть и другие отрасли человеческой деятельности, в которых использование почвы имеет свои особенности и где требуются особые подходы и методы исследования, например, в криминалистике, военном деле и т. д.

Однако важно подчеркнуть, что в любом случае все прикладные аспекты науки опираются на фундаментальное почвоведение, и почвоведы исходят из его теоретических научных положений при решении любых вопросов прикладного характера.

Методы почвоведения

К методам почвоведения относятся профильный метод, метод почвенных ключей, метод почвенных монолитов, метод почвенных лизиметров, метод почвенно-режимных наблюдений, балансовый метод, метод почвенных вытяжек, радиоизотопные методы, аэрокосмические методы.

Профильный метод, разработанный В.В. Докучаевым, лежит в основе всех почвенных исследований. Он требует обязательного изучения почвы с поверхности на всю глубину ее толщи последовательно по генетическим горизонтам вплоть до материнской породы и сопоставления изучаемых свойств или параметров почвенного профиля.

Морфологический метод изучения строения почвенного профиля, разработанный также В.В. Докучаевым, является базисным при проведении полевых почвенных исследований и составляет основу полевой диагностики почв. В почвоведении используются широко все три вида морфологического анализа:

- макроморфологический при изучении почвы невооруженным глазом,

- мезоморфологический с применением лупы и бинокуляра,

- микроморфологический с помощью микроскопов вплоть до электронного.

Сравнительно-географический метод, основанный на сопоставлении почв и соответствующих факторов почвообразования в их историческом развитии и пространственном распространении, позволяет делать обоснованные заключения о генезисе почв и закономерностях их географии.

Сравнительно-исторический метод, базирующийся на принципе актуализма, дает возможность исследовать прошлое почв и почвенного покрова на основании изучения современной ситуации. Детальное изучение погребенных почв и почвенных горизонтов, реликтовых признаков почв и их сопоставление с современными процессами лежат в основе палеопочвоведения – науки о прошлых почвах и о признаках прошлых эпох в современном почвенном покрове.

Метод почвенных ключей, основанный на детальном генетико-морфологическом анализе небольших репрезентативных участков и интерполяции полученных таким путем заключений на иные территории с однотипной структурой почвенного покрова позволяет познать большие территориальные единицы с экономией средств и ресурсов.

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

Метод почвенных лизиметров широко используется для изучения процессов вертикальной миграции веществ в природных почвах. При этом почвенный монолит того или иного объема, в зависимости от целей исследования, погруженный в водонепроницаемую оболочку, помещается на свое место в природнуюпочву, а исследованию подвергаются вытекающие из его нижней части растворы.

Метод почвенно-режимных наблюдений применяется для исследования кинетики современного почвообразования на основе измерения тех или иных параметров (влажность, температура, содержание солей, гумуса, азота, других элементов минерального питания и т. п.) в одной и той же почве в течение длительного времени (вегетационный сезон, год, несколько лет) через заданные временные промежутки. Этот метод лежит в основе биосферного мониторинга.

Балансовый метод служит также для изучения кинетики почвообразования. В его основе лежит тот факт, что наблюдаемый в данный момент времени в почве запас какого-то вещества (воды, солей, азота и т. п.) или энергии является результатом изменения его исходного запаса за счет прихода и расхода в единице объема почвы за определенный промежуток времени.

Метод почвенных вытяжек основан на гипотезе о том, что каждый растворитель (вода, растворы разных 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 соединений интересующего исследователя элемента.

Аэрокосмические методы представляют инструментальное или визуальное изучение фотографий земной поверхности, полученных в разных диапазонах спектра и с разной высоты, а с другой стороны – прямое исследование с самолетов и космических аппаратов спектральной отражательной или поглотительной способности почвы также в разных областях спектра.

Радиоизотопные методы в почвоведении применяются для изучения процессов миграции тех или иных элементов и их соединений в почвах и в экосистемах на основе меченых атомов (радиоактивных изотопов).Соотношение различных изотопов в почвах, например, С¹²:С¹⁴, используется для определения возраста почв.

Для анализа вещественного (гранулометрического, минералогического, химического) состава почв в почвоведении используется весь современный арсенал имеющихся в распоряжении науки физических, физико-химических, химических и биологических аналитических методов.

Полевые почвенные исследования включают экспедиционные и стационарные методы изучения почв:

- рекогносцировочные маршрутные почвенные обследования;

- картирование почвенного покрова в заданном масштабе;

- многолетние режимные наблюдения на специально подобранных и оборудованных стационарах, в том числе особенно в заповедниках природы и на опытных станциях;

- определение параметров тех или иных свойств почв в ненарушенном природном состоянии;

- эксперименты по мелиорации и трансформации почв, в том числе в производственных условиях;

- изучение отдельных типов почв по их репрезентативным разрезам;

- модельные эксперименты в природных условиях, в том числе с использованием лизиметров и стоковых площадок.

При лабораторных почвенных исследованиях проводят анализ вещественного состава почв, изучают их микроморфологию, различные физические и химические свойства, осуществляют физическое и математическое моделирование почвенных процессов, инструментальную обработку данных полевых работ.

Таким образом, почва рассматривается, с одной стороны,

- как целостная система, состоящая из множества взаимодействующих подсистем-блоков,

- а с другой – как подсистема в экосистемах биосферы или экосферы.