Стадии развития науки о почве

Лекция № 1

Понятие о почве. История почвоведения. Функции почвенного покрова

 

С появлением земледелия человек ввел в свой обиход представление о почве как об относительно рыхлом землистом слое, в котором укореняются наземные растения и который служит предметом земледельческой обработки; бытовавшее до этого понятие отождествляло почву с землей – участком поверхности, на которой обитает человек.

Накопление научных знаний о почве началось в глубокой древности, и многие тысячелетия практические знания о почве передавались из поколения в поколение. Отрывочные сведения имеются в трудах ученых Древней Греции, Рима, относительно обширными знаниями о них обладали в Древнем Египте, попытки классификации почв были сделаны 4 тыс. лет назад Китае. Эмпирическая стадия развития почвоведения зародилась более 2-2,5 тыс. лет назад и его историю можно разделить на следующие этапы.

Стадии развития науки о почве

1. Накопление разрозненных фактов о свойствах почв, их плодородии и способах обработки (неолит, бронзовый век).

2. Обособление первичной системы использования почв для орошения, появление способов борьбы с засолением почвы, примитивный кадастр земель (Египет, Месопотамия, Индостан, Мезоамерика).

3. Первичная систематизация сведений о почвах (греко-римская цивилизация IV в. до н.э. – IV в. н.э. работы Феофраста, Плиния старшего, Лукреция Карра), попытка их классификации (12 книг «О сельском хозяйстве» Колумеллы), первые примеры удобрения почв (Варрон), география почв (Геродот, Страбон).

4. В средние века (в эпоху феодализма) античные знания были в значительной мере утеряны. Однако и в этот период проводилось описание почв как земельных угодий для установления феодальных повинностей и привилегий; китайские кадастры, «Геопоника» в Византии, землеоценочные акты в Германии, Англии, Франции, «Писцовые книги» в России, оценка почв в Литве и Беларуси (IV-XVI вв.).

5. В эпоху возрождения вновь обострился практический интерес к почвам. В это время появились агрономические трактаты Альберта Великого, возникли новые идеи о почвах в трудах Авиценны; о формировании почв под воздействием растений (Леонардо да Винчи); и о роли почвы в питании растений (XV-XVII вв). В развитии почвоведения в России в это время существенная роль принадлежит М.В. Ломоносову (1711-1765). В своей работе «О слоях земных» Ломоносов впервые дал правильное научное определение сущности почвообразовательного процесса, который заключается во взаимодействии растений и продуктов их перегнивания с горными породами. Он высказал правильные взгляды на происхождение черноземов, торфяников, процессы водной эрозии, причины бесплодия засоленных почв.

6. Зарождение современных воззрений на плодородие почв и их связь с горными породами 1761-1773 гг.

7. Расширение и углубление исследований почв и теоретических обобщений (XIX в.) гумусовая теория, начало агрономической химии в трудах Ю. Либиха, Ж.Б. Буссенго.

8. Создание генетического почвоведения, доказательство его важнейших концепций В.В. Докучаевым в его основных трудах.

9. Период развития докучаевского почвоведения между 1914 и 1941 г. характеризуется завоеванием докучаевского учения лидирующего положения в мире.

10. Интенсификация изучения и охраны почвенного покрова мира под эгидой ООН, ЮНЕСКО, ФАО и др. в современный период.

Простое представление о почве вполне удовлетворяло человечество в течение нескольких тысячелетий исторического развития, так как человек еще не сталкивался вплотную с теми проблемами земледелия, перед которыми он был поставлен в последние столетия, – проблемами голода, малоземелья, катастрофической эрозии, опустынивания, падения плодородия, необходимости получения все большей продукции со все меньшей площади.

К середине 19 века в трудах агрономов, агрогеологов, агрохимиков сложилось определение почвы, отождествляющее ее с пахотным слоем, который служит непосредственным предметом обработки и в котором сосредоточена главная масса корней растений, причем основное внимание обращалось на вещественный состав этого верхнего слоя земной коры (смесь минеральных и органических элементов).

Решение этих общих задач привело к зарождению новой науки на рубеже XX в. – почвоведения. Важно, что эта наука развивалась не как чисто описательная и умозрительная дисциплина, а сформировалась в ответ на практические запросы бурно развивающегося земледелия индустриальной эры.

Основателем науки о почве считается Василий Васильевич Докучаев (1846-1903). Он опубликовал около 250 научных работ, в которых заложил научные основы науки о почве:

- им дано первое научное определение почвы.

- создано учение о факторах почвообразования.

- создано учение о горизонтальной и вертикальной зональности.

- ему принадлежит первая классификация почв. Некоторые термины, введенные Докучаевым в науку, стали международными.

- разработана методика полевого изучения почв с помощью разрезов.

- разработаны основы и методы картографирования, составлена первая карта северного полушария.

- предложен сравнительно-географический метод исследования почв; до настоящего времени он является ведущим методом исследования и в почвоведении, и в географии.

Свои исследования В.В.Докучаев проводил в тесной связи с запросами сельского хозяйства. Он разработал план реконструкции степей, включающий пасадки лесополос, мероприятия по задержанию и накоплению влаги, создание искусственных водоемов и борьбу с эрозией.

Значение работ В.В.Докучаева в почвоведении столь велико, что его сравнивают со значением Ч.Дарвина в биологии и Г.Лайэля в геологии. Многие работы Докучаева до сих пор являются настольными книгами и почвоведов, и географов: это «Материалы к оценке земель Нижегородской губернии» в 14 томах, «Наши степи прежде и теперь» и, конечно, «Русский чернозем».

Одновременно с В.В.Докучаевым жил и работал Павел Андреевич Костычев (1845-1895), крупный ученый, почвовед, агроном. Был первым оппонентом Докучаева (По Костычеву, чернозем есть производная от распространения и физиологии высших растений, роль остальных факторов, предложенных Докучаевым, особенно климата, он принижал).

- он первым из почвоведов указал, что плодородие – очень сложное свойство, зависящее от физических, химических и биологических характеристик.

- первым внес в почвоведение биологические методы исследования, был основоположником почвенной микробиологии в России.

- много сделал в области изучения органического вещества почв.

- ему принадлежат глубокие исследования по вопросам правильной обработки почв, применения органических и минеральных удобрений, по вопросам борьбы с засухой и эрозией.

Значительный вклад в науку о почве внес Николай Михайлович Сибирцев (1860-1900) – наиболее близкий ученик и последователь В.В.Докучаева.

- он уточнил почвенную классификацию и углубил определение понятия почвы.

- углубил учение о горизонтальной зональности почв.

- создал первую в России кафедру почвоведения в Ново-Александрийском сельскохозяйственном институте.

- написал первый учебник почвоведения.

- по материалам Докучаевской экспедиции организовал первый естественно-исторический музей в Нижнем Новгороде.

- обобщил и творчески развил учение В.В.Докучаева о почве как особом природном теле.

Блестящим представителем докучаевской школы почвоведения был Константин Дмитриевич Глинка (1867-1927).

- он был организатором и руководителем экспедиционных почвенно-географических исследований, охвативших огромную территорию Азиатской части СССР.

- им написан учебник «Почвоведение», выдержавший пять изданий в СССР.

- он руководил высшими учебными и научными учреждениями.

- основоположник палеопочвоведения.

- внес много нового в понимание закономерностей географического распределения почв, генезиса, солонцового процесса, подзолообразования.

- был первым почвоведом, избранным академиком СССР.

Еще один ученик В.В.Докучаева Георгий Николаевич Высоцкий (1865-1940).

- продолжал исследования степных почв, начатые В.В.Докучаевым.

- проводил многолетние стационарные наблюдения.

- создал учение о типах водного режима почв. Характерной чертой его исследований была тесная связь с решением практических задач.

Константин Каэтанович Гедройц (1872-1932).

- ввел в практику почвенных исследований химические и физико-химические методы исследования.

- создал учение о коллоидах и поглотительной способности почв.

- предложил и обосновал химическую мелиорацию почв посредством гипсования и известкования.

Большое значение в развитии науки о почвеимеютработы Василия Робертовича Вильямса (1863-1939).

- он развил агробиологическое учение о почве, согласно которому ведущая роль в процессе почвообразования принадлежит биологическим факторам (растительности и микроорганизмам).

- создал учение о почвообразующих процессах.

- первым из почвоведов стал изучать почву как природное тело и как средство производства в их единстве.

- разработал систему поддержания плодородия почв (травопольная система земледелия). Однако догматическое распространение этой системы земледелия на всю территорию СССР без учета ландшафтно-географической специфики нанесло ущерб сельскому хозяйству.

С именем Бориса Борисовича Полынова (1877-1952) связано оригинальное направление в почвоведении.

- он заложил основы современного учения о выветривании.

- развил учение В.В.Докучаева о взаимосвязанности факторов почвообразования, увязав его с достижениями геохимии.

- обогатил географию, создав учение о геохимии ландшафтов.

В 1925 г. в СССР был создан Почвенный институт АН СССР им. В.В.Докучаева, переданный в 1964 г. сельскохозяйственной академии. Но в 1970 г. был вновь создан Институт почвоведения АН в г.Пущино, первым его директором стал член-корреспондент АН СССР В.А.Ковда.

В целом же современное генетическое почвоведение как самостоятельная естественноисторическая наука о почве отсчитывает свой возраст с 10 декабря 1883 г., со дня защиты В.В. Докучаевым докторской диссертации «Русский чернозем», в которой были сформулированы главные теоретические концепции о почве, получившие дальнейшее развитие в последующих работах.

Он отмечал, что «Почва – это суть поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее сильно окрашены гумусом и постоянно являются результатом взаимной деятельности следующих агентов: живых и отживающих организмов (как растений, так и животных), материнской горной породы, климата и рельефа местности».

В своей последней крупной работе «Лекции о почвоведении» (1901) В.В.Докучаев написал, что почва «есть функция (результат) от материнской породы (грунта), климата и организмов, помноженная 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, согласно докучаевскому определению, почва – это явление историческое, имеющее свой возраст и историю образования;

в-третьих – это подчеркнутое в самом определении наличие функциональных связей между почвой и всеми другими природными телами и явлениями.

Почвоведение – наука о почве, ее строении, составе, свойствах и географическом распространении, закономерностях ее происхождения, развития, функционирования и роли в природе, путях и методах ее мелиорации, охраны и рационального использования в хозяйственной деятельности человека.

В современном почвоведении принято следующее определение почвы:

Почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная структурная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени.

Если классифицировать все природные физические тела Земли на живые (живущие организмы) и косные (горные породы и минералы, магма), то почва среди них занимает особое промежуточное положение, являясь, по выражению академика В.И. Вернадского, биокосным телом природы.

Особое положение почвы определяется тем, что в ее составе участвуют как минеральные, так и органические вещества и, что особенно важно, большая группа специфических органических и органоминеральных соединений – почвенный гумус. Кроме того, неотъемлемую часть почвы – ее живую фазу – составляют живыеорганизмы: корневые системы растений, почвообитающие животные разного размера вплоть до одноклеточных, огромное разнообразие микроорганизмов. Именно поэтому почва является многофазной системой, включая твердую, жидкую, газообразную и живую фазы в отличие от других природных тел.

Располагаясьна границе соприкосновения литосферы, атмосферы и гидросферы, она формирует особую геосферу – педосферу, или почвенный покров Земли.

Учение о почве В.В. Докучаева обусловило концепцию о биосфере, созданную В.И. Вернадским, так как почва – тот узел, в котором сплелись сложные взаимоотношения человека с природой, и учение о биосфере становится «точкой роста» науки о почве.

В результате длительного почвообразовательного процесса в почве развивается ее основное свойство – плодородие. Это способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, воде, обеспечивать их корневые, системы достаточным количеством воздуха, тепла и благоприятной физико-химической средой для их нормальной жизнедеятельности, т.е. всеми необходимыми им условиями. Этими свойствами горная порода не обладает.

Почвы – основное и незаменимое средство сельскохозяйственного производства, богатство любой страны, они обеспечивают человека продуктами питания, а промышленность – сырьем.

Почвы надо беречь, поскольку они не только предмет труда, но и в определенной мере его продукт, поскольку человек может существенно изменить свойства почвы, сознательно направляя процесс ее развития и плодородия в нужном направлении.

Функции почвы

Каждое природное тело или образование имеет свои функции, причем различного масштаба. Функции почвы глобальные и многогранны. Основная функция почвы – это условие существования и эволюции организмов. Наиболее интегральная функция – это почвенное плодородие, тесно связанное со всеми остальными.

Функции почвы, обусловленные ее физическими свойствами.

Ø Жизненное пространство.

Ø Жилище и убежище.

Ø Механическая опора.

Ø Депо семян.

Функции почвы, связанные преимущественно с ее химическими и биохимическими свойствами.

Ø Источник элементов питания.

Ø Депо влаги, элементов питания и энергии.

Ø Стимулятор и ингибитор биохимических и других процессов.

Функции почвы, определяемые в основном физико-химическими параметрами.

Ø Сорбция тонкодисперсного вещества, поступающего из атмосферы с боковым и грунтовым водным потоком и растительным опадом.

Ø Сорбция микроорганизмов, обитающих в почве почвенным мелкоземом.

Информационная функция почв это:

Ø Функция сигнала для сезонных и других биологических процессов.

Ø Регуляция численности, состава и структуры биоценозов.

Ø Пусковой «механизм» некоторых сукцессий.

Ø «Память» биогеоценоза (ландшафта).

Целостные биогеоценотические функции почвы.

Ø Трансформация вещества и энергии, находящихся или поступающих в биогеоценоз.

Ø Санитарная функция почв.

Ø Функция защитного и буферного биогеоценотического экрана.

Глобальные функции почвенного покрова.

Ø Обеспечение существования жизни на Земле.

Ø Обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов (циклов) веществ на земной поверхности.

Ø Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы.

Ø Регулирование биосферных процессов.

Ø Аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии на земной поверхности.

Первая и главная из них – это обеспечение существования жизни на Земле.

Именно из почвы растения, а через них и животные, и человекполучают элементы минерального питания и воду для создания своей биомассы. В почве аккумулируются необходимые организмам биофильные элементы в доступных для них формах химических соединений.

В почве укореняются наземные растения, в ней обитает огромная масса почвообитающих животных, она плотно населена микроорганизмами. Без почвы существование природных ассоциаций живых организмов на Земле невозможно. Таким образом: почва – это следствие жизни и одновременно условие ее существования.

Вторая важнейшая глобальная функция почвы – это обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов (циклов) веществ на земной поверхности.

Попадая на поверхность земли (при формировании земной коры, вулканизме, излияниях в разломах), первичные горные породы подвергаются выветриванию. В верхней части коры выветривания формируется почва, аккумулирующая элементы питания живых организмов. Эти элементы захватываются из почвы растениями и через ряд промежуточных трофических циклов (растения-животные-микроорганизмы) возвращаются назад в почву, что и составляет малый биологический круговорот веществ.

Из почвы элементы частично выносятся атмосферными осадками в гидрографическую сеть, в зоны аккумуляции и в конечном итоге в Мировой океан, где дают начало образованию осадочных горных пород, которые в геологической истории Земли могут либо выйти опять на поверхность, либо вначале подвергнуться глубинному метаморфизму. Это большой геологический круговорот веществ.

Таким образом почва является связующим звеном и регулятором взаимодействия двух этих циклов вещества на земной поверхности.

Третья глобальная функция почвы – регулирование химического состава атмосферы и гидросферы.

Почвенное «дыхание» вместе с фотосинтезом и дыханием живых организмов играет определяющую роль в создании и поддержании состава приземного слоя атмосферного воздуха, а через него и атмосферы в целом. В геологической истории Земли, вероятно, почва сыграла немаловажную роль в создании современной атмосферы

С другой стороны, именно почвенный покров определяет состав тех веществ, которые поступают в гидросферу на континентальной ветви глобального круговорота воды.

Четвертая глобальная функция почвы – регулирование биосферных процессов.

Распределение живых организмов на суше Земли и их плотность в значительной степени определяются географической неоднородностью почвы и ее плодородием наряду с климатическими факторами.

Пятая глобальная функция почвы – это аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии на земной поверхности.

В конкретном проявлении биосферы на Земле почва является неотъемлемым компонентом природных экосистем или биогеоценозов, из которых состоит биосфера. Почва – это особая подсистема, связанная с другими подсистемами многочисленными прямыми и обратными функциональными связями.