Загальні відомості про екологічні функції ґрунтів та їх класифікація

Екологічні функції ґрунтів поділяють на дві групи: (1) біогеоценотичні і (2) глобальні.

До біогеоценотичних належать:

1. Функції ґрунтів, зумовлені їх фізичними властивостями.

2. Функції ґрунтів, зумовлені їх хімічними і біохімічними властивостями.

3. Функції ґрунтів, зумовлені фізико-хімічними параметрами.

4. Інформаційні біогеоценотичні функції ґрунтів.

5. Цілісні біогеоценотичні функції ґрунтів.

Всі біогеоценотичні функції ґрунтів об’єднані (Нікітін, 1977) у кілька груп за характером контролю ними властивостей і параметрів ґрунтів (Рис. 1.5). Деякі функції не мають чіткої приуроченості до якої-небудь одної конкретної властивості. Особливе місце в системі екологічних функцій займає інтегральна функція – родючість ґрунту, яка тісно зв’язана з усіма іншими функціями.

Глобальні функції ґрунтового покриву проявляються в процесі взаємодії його з літосферою, гідросферою і атмосферою. Одночасно ґрунти виконують загальнобіосферні екологічні функції.

Рис. 1.5. Біогеоценотичні функції ґрунтів (за Е.Д.Нікітіним, 1977)

6. Короткий нарис історії ґрунтознавства

Перші відомості про ґрунт з’явились у глибоку давнину і пов’язані з виникненням і розвитком землеробства. Проте протягом кількох тисячоліть розвитку цивілізації відбувалось лише накопичення фактичного матеріалу про властивості ґрунтів, які передавались від покоління до покоління.

Розвиток ґрунтознавства, як і будь-якої іншої науки, відбувався під впливом потреб людського суспільства, розвитку і зміни суспільних формацій, розвитку культури, стану суміжних наук тощо. Крім того, розвиток науки підпорядкований загальним законам пізнання – від простого до складного, від зовнішнього і випадкового до глибоких внутрішніх закономірностей.

Офіційною датою народження сучасного ґрунтознавства є 10 грудня 1883 року. В цей день у Петербурзькому університеті В.В. Докучаєв блискуче захистив докторську дисертацію на тему «Російський чорнозем», в якій були сформульовані головні теоретичні концепції нової науки. Стало загальновизнаним, що цією працею В.В. Докучаєв здійснив революцію в знаннях про ґрунт і започаткував сучасне генетичне ґрунтознавство як самостійну природничу науку.

Щоб зрозуміти значення «Російського чорнозему» і наступних праць В.В. Докучаєва, слід ознайомитись з уявленням про ґрунт і змістом ґрунтознавства в додокучаєвський період.

Автор фундаментальної праці «История почвоведения от времени его зарождения до наших дней» І.А. Крупенников виділяє такі головні етапи розвитку ґрунтознавства:

1. Накопичення розрізнених фактів про властивості ґрунтів, їх родючість і засоби обробітку (неоліт, бронзовий вік). Це відбувалось 11-10 тис. років до нашої ери, коли зароджувалось землеробство. В той час людина могла відрізнити одну ділянку від іншої за рівнем родючості і відшукати примітивний спосіб його обробітку.

2. Відособлення первинної системи використання ґрунтів для зростання землеробства, поява способів боротьби з засоленням ґрунтів, примітивний кадастр земель (Єгипет, Месопотамія, Індостан, Китай, Месоамерика). Даний період тривав кілька тисячоліть до нової ери і три століття нової ери. Він притаманний землеробській культурі епохи рабовласництва. Протягом цього періоду людина навчилась будувати зрошувальні і осушувальні системи, набула великого досвіду в землеробстві, її знання про ґрунт стали більш повними. Ці знання почали оформляти у вигляді записів. Так, до наших днів зберігся законодавчий акт вавілонського царя Хаммурапі «Кодекс Хаммурапі», в якому регламентувались земле- і водокористування. Відомості про різноманітність ґрунтів та особливості їх використання виявлено на єгипетських папірусах і стелах та вавилонських глиняних табличках.

3. Первинна систематизація відомостей про ґрунти (Феофраст, Катон, Пліній Старший), спроба їх класифікувати (Колумелла), перші спроби удобрення ґрунту (Варрон); загальна географія ґрунтів у працях Геродота і Страбона; введення уявлення про ґрунти в філософські (Лукрецій Карр) і релігійні концепції (IV ст.до н. е.— IV ст. н. е.).

У цей період багато фактів і спостережень про ґрунти було зафіксовано у філософських трактатах Греко-Римської цивілізації. Особливо популярними були трактати Катона, Варрона, Вергілія і Колумелли. Колумелла в трактаті «Про сільське господарство» навів широкі відомості того часу про ґрунт і землеробство. Даний трактат вважається першою в світі сільськогосподарською енциклопедією, а його автора інколи називають «Докучаєвим античного світу».

4. Опис ґрунтів як земельних угідь для встановлення феодальних повинностей та привілеїв; «Писцовые книги» в Росії, оцінка ґрунтів у Литві, Білорусі і в Україні (VI—XVI ст.). Для цього періоду характерний застій у розвитку наук. Нових відомостей про ґрунт та його властивості було зібрано мало. В той час було багато описано ґрунтів різних територій, на основі чого їм давалась якісна оцінка. У багатьох країнах Європи офіційно були введені земельні кадастри.

5. Знання про ґрунти в епоху Відродження; агрономічні трактати Альберта Великого, Петра Кресценція; ґрунти в уявленні Абу Ібн Сіни (Авіценни), Леонардо да Вінчі про утворення ґрунтів під впливом рослинності; перші відомості про роль солей ґрунту в живленні рослин – Бернар Паліссії (XV—XVII ст.).

6. Зародження сучасних поглядів на родючість і її зв’язок з гірськими породами – Н. Валлеріус у Швеції, Ломоносов у Росії; посилення ролі ґрунту в агрономічних творах (XVIII ст.).

Велике значення в збагаченні знань про ґрунти мала праця німецького вченого Н. А. Кюльбеля «Книга про родючість ґрунту» (1740). У ній, зокрема, була обґрунтована гіпотеза водного живлення рослин. Помітною подією даного періоду були ідеї французького вченого А. Тюрго щодо економічної оцінки землі та його обґрунтування «Закону спадної родючості ґрунту». У другій половині XVII ст. з’явились нові ідеї про походження ґрунтів у працях російських вчених: М.В. Ломоносова, П.С. Палласа та І.А. Гольденштедта. Шведський вчений Н. Валлеріус, вивчаючи гумус ґрунту, висунув гіпотезу гумусового живлення рослин (1761).

7. Розширення і поглиблення ґрунтових досліджень і їх узагальнення, гумусова теорія живлення рослин (Н.А. Кюльбель, А. Теєр, І.М. Комов, М.Г. Павлов); відкриття Ю. Лібіхом мінерального живлення рослин (засвоєння «солей» ґрунту); початок великої дискусії про чорноземи; перші ґрунтові і агрогеологічні карти; геологічне ґрунтознавство в Німеччині та інших країнах; вчення про родючість ґрунту та його трактовка (кінець XVIII – середина XIX ст.).

По суті це період розвитку агрогеології і агрікультурхімії в країнах Західної Європи.

На кінець XVIII ст. була доведена необґрунтованість теорії водного живлення. На початку XIX ст. німецький вчений А.Д. Теєр висунув гумусову теорію живлення рослин, згідно з якою рослини живляться лише органічними речовинами і водою. Він був одним із засновників агрономії в Німеччині і організатором першого вищого навчального закладу. Відомими вченими в той період були М.Є. Вольні, Г. Деві, М.Г. Павлов, Й.Я. Берцеліус, Ю. Лібіх, Ж.Б. Буссенго. Їх по праву вважають засновниками агрохімії, які сформулювали основні принципи агрікультурхімії. Представники цього напрямку сприймали ґрунт як джерело елементів живлення, як суміш мінеральних і органічних сполук, як середовище, в якому розвиваються коріння рослин. Під ґрунтом вони розуміли лише орний горизонт, який був об’єктом їхніх досліджень. В основу класифікації ґрунтів вони поклади якість. За класифікацією агрікультурхіміків ґрунти поділялись на хороші, середні, погані, вівсяні, пшеничні, картопляні тощо.

Велике наукове і практичне значення мала робота Ю. Лібіха «Хімія в застосуванні до землеробства і фізіології» (1840), в якій він критикував гумусову теорію і сформулював теорію мінерального живлення рослин. Ґрунт почали вважати за гірську породу, її стали вивчати геологи. Внаслідок цього виник агрогеологічний напрямок у ґрунтознавстві (роботи Ф.Л. Фалла’у, Г. Беренд, Ф. Ріхтгофен та ін.). У 1837 р. К. Шпренгель вперше застосував слово «ґрунтознавство».

У цей період з’являються перші карти ґрунтів великих територій. В Росії перша карта була складена у 1851 р. під керівництвом К.С. Веселовського, друга – у 1879 р. під керівництвом В.І. Чаславського.

Незважаючи на значні досягнення даного періоду у вивчення ґрунтів, вчені залишались на позиціях старих уявлень про ґрунт як мертве середовище для життя рослин.

8. Створення теоретичного ґрунтознавства, докази найважливіших його концепцій: ґрунт—самостійне тіло природи, яке має профільну будову; родючість – його основна властивість; вчення про ґрунтові типи, їх генезис і еволюцію; класифікація ґрунтів; ґрунт і ландшафт; закони зональності (В.В. Докучаєв, М.М. Сибірцев, П.А. Костичев, В.Р. Вільямс, Є.В. Гільгард, П. Трейтц, Г.М. Мургоч та ін.) (кінець XIX-початок XX ст.).

В чому ж суть наукової революції, здійсненої В.В. Докучаєвим?

По-перше, він показав, що ґрунт є самостійним природно-історичним тілом, яке розвинулось з гірської породи під впливом сукупної дії факторів ґрунтоутворення. Ґрунт як самостійне природне тіло має свою будову, свої властивості, свій генезис, вік і закономірне поширення на поверхні земної кулі.

По-друге, В.В. Докучаєв сформулював основні теоретичні концепції генетичного ґрунтознавства, про які було сказано вище (вчення про ґрунт як самостійне природне тіло, вчення про фактори ґрунтоутворення, вчення про зональність ґрунтового покриву).

По-третє, ним розроблені і освоєні методи ґрунтових досліджень: порівняльно-географічний, профільно-морфологічний та ін.

По-четверте, він заклав основи сучасної картографії ґрунтів.

По-п’яте, дав наукову класифікацію ґрунтів, в основу якої покладено генетичний принцип.

Життя і наукова діяльність В.В. Докучаєва тісно пов’язана з Україною. Обстежуючи чорноземну смугу, він провів два літа на її території. Крім ґрунтового покриву він вивчав рельєф, геологію, заплави річок. Тут він здійснив шість маршрутів, які перетинали у різних місцях лівобережну і правобережну Україну з півночі на південь. У його книзі «Російський чорнозем» (1885) опису цього регіону присвячена III глава.

З 1888 по 1894 р. В.В. Докучаєв очолює Полтавську експедицію, у складі якої працюють В.І. Вернадський, Г.М. Висоцький, Г.І. Танфільєв. Були проведені глибокі дослідження ґрунтів, рослинності і геології Полтавської губернії. Результати досліджень стали основою для розробки теоретичних і практичних питань сільськогосподарського ґрунтознавства, геоморфології, фізичної географії. У Полтавському краєзнавчому музеї створена експозиція, на якій представлені зразки ґрунту і особисті речі В.В. Докучаєва.

У 1892 р. він організовує дослідні станції поблизу Старобільська (сучасна Луганська обл.) і Велико-Анадольська (сучасна Донецька обл.) з метою дослідження ґрунтів, проведення метеорологічних спостережень та дослідів по захисному лісорозведенню та регулюванню водного режиму ґрунту.

Життю і науковій діяльності В.В. Докучаєва присвячена велика кількість робіт на багатьох мовах світу. Його ім’я згадується в десятках національних і спеціальних енциклопедій, в т. ч. у «Міжнародних персоналіях» та у «Всесвітній історії наук». Багато іноземних авторів дають високу оцінку науковій діяльності В.В. Докучаєва в підручниках, монографіях та інших працях з ґрунтознавства. Багато праць В.В. Докучаєва неодноразово друкувались на багатьох мовах світу.

Варто відзначити, що В.В. Докучаєв в своїй науковій діяльності і в своїх поглядах на ґрунт мав прихильників. Навколо нього згуртувалась і виросла ціла школа ґрунтознавців, які увійшли до списку видатних вчених (М.М. Сибірцев, Г.М. Висоцький та ін.).

Ціла плеяда учнів В.В. Докучаєва розвинули іншиі галузі природознавства. Серед них В.І. Вернадський – мінеролог, основоположник геохімії; Ф.Ю. Левінсон-Лессінг – петрограф; географи та геоботаніки А.М. Краснов і Г.І. Танфільєв; В.П. Амалицький – геолог і палеонтолог; К.Д. Глінка – академік, ґрунтознавець; П.В. Соцький – перший редактор журналу «Почвоведение», заснованого у 1899 р.; Г.Ф. Морозов – засновник сучасного вчення про ліс; академіки Л.І. Прасолов, Б.Б. Полинов та ін.

Праці В.В. Докучаєва та його учнів швидко поширились в Росії і за її межами. Ідеї Докучаєва стимулювали наукові дослідження в галузі природознавства, його пріоритет у створенні генетичного ґрунтознавства був незаперечним.

Одночасно вчені інших країн також провели важливі дослідження в галузі ґрунтознавства.

Німецький геолог і географ Ф. Ріхтгофен виділив на земній поверхні області формування ґрунтоутворюючих порід.

Видатний американський ґрунтознавець Є. Гільгард (1833—1916) вважав, що провідна роль у ґрунтоутворенні і вивітрюванні належить кліматичним факторам. Пізніше він дійшов висновку, що на ґрунтоутворення впливають також материнська порода, рельєф і рослинний покрив. Отже, Е. Гільгард був близько до правильною розуміння процесу ґрунтоутворення.

Велику роль в історії ґрунтознавства відіграв німецький ґрунтознавець Е. Романн (1853—1926), який в кінці XIX ст. стояв на позиціях генетичного ґрунтознавства. Він відкрив тип бурих лісових ґрунтів, поширених у Західній Європі під широколистяними лісами, широко використовував праці докучаєвської школи. В одній із своїх праць (1911) він писав: «Доведеться вчитися російській мові тим ґрунтознавцям, які хотіли б стояти на сучасному науковому рівні. Тільки завдяки російським вченим ґрунтознавство перетворилось у науку, що обіймає всю земну кулю». Плідно працювали в цей період також ряд інших зарубіжних вчених: Ю. Шлезінг (Франція), Г.М. Мургоч (Румунія), Н.П. Пушкаров (Болгарія), П. Трейтц, А. Зігмонд (Угорщина), С. Міклашевський (Польща), І. Копецький (Чехословаччина) та ін.

9. Завоювання докучаєвським вченням провідного положення в світі, нові класифікації ґрунтів в різних країнах; диференціація ґрунтознавства в країнах Азії, Африки і Латинської Америки; вчення про вбирну здатність ґрунту (початок XX ст.).

Цей період був ознаменований широкомасштабними ґрунтово-географічними дослідженнями. Були описані ґрунти сухих і пустинних степів Росії, Сибіру і Середньої Азії, складена карта ґрун-
тів Азіатської Росії. В Москві розвиваються центри ґрунтознавства (Московський університет, Петровська сільськогосподарська академія).

У 1925 р. створюються Ґрунтовий інститут АН СРСР ім. В. В. Докучаєва, інститут ґрунтознавства при Середньо-Азіатському державному університеті, Секція ґрунтознавства при наркоматі землеробства УРСР та ряд ін.

В двадцяті і тридцяті роки видано ряд ґрунтово-географічних карт, проведені великомасштабні ґрунтові дослідження на значних територіях, сформувалось меліоративне ґрунтознавство. З’явилось багато нових теоретичних розробок з ґрунтознавства, за якими стояли імена видатних вчених (Глінка К. Д., Гедройц К. К., Неуструєв С.С., Вільямс В.Р., Полинов Б.Б., Просолов Л. І., Захаров С. О., Соколовський О.Н., Коссович П.С., Вернадський В.І., Прянишников Д.М., Тулайков М.М. та ін.).

Великий внесок у розвиток генетичного ґрунтознавства зробив видатний український ґрунтознавець академік Соколовський Олексій Никанорович. Він народився 13 березня 1884 р. в селі Велика Бурімка на Черкащині в сім’ї священика. У 1908 р. закінчив Київський університет, а в 1910 р.—Московський сільськогосподарський інститут. З 1911 р. працював у лабораторіях Д.М. Прянишникова і В.Р. Вільямса. З 1924 р. він професор, а з 1944 – ректор Харківського сільськогосподарського інституту ім. В.В. Докучаєва. У 1945 р. з його ініціативи в Харкові створюється науково-дослідна лабораторія ґрунтознавства, яку він очолював до 1956 р. В 1956 р. на базі цієї лабораторії створено Український науково-дослідний інститут ґрунтознавства, директором якого був О.Н. Соколовський до кінця свого життя (1959). Тепер цей інститут носить його ім’я. Наукові праці О.Н. Соколовського присвячені вивченню фізико-хімічних властивостей ґрунтів, окультуренню підзолистих і солонцюватих ґрунтів, ролі кальцію в ґрунтоутворенні та іншим питанням ґрунтознавства. Своїми працями він значно розвинув теорію про ґрунтовий колоїдний комплекс, поглибив знання про процес формування структурних агрегатів і агрономічне значення структури ґрунту, розробив систему індексації генетичних горизонтів ґрунту і спосіб хімічної меліорації солонців.

О.Н. Соколовський заклав основи нового розділу ґрунтознавства – колоїдно-хімічної технології ґрунтів. На основі наукових розробок він запропонував метод осолонцювання ґрунтів для боротьби з фільтрацією води в зрошувальних каналах та інших гідротехнічних спорудах. Він є автором більше 140 наукових праць і підручника «Курс сільськогосподарського ґрунтознавства».

10. Зародження конструктивного ґрунтознавства (сучасний період): широке використання новітніх методів математики, фізики, хімії, моделювання ґрунтових процесів; розробка капітальних методів меліорації і охорони ґрунтів; вивчення земельних ресурсів світу і проблем природокористування; складання Світової карти ґрунтів ФАО-ЮНЕСКО.

Друга світова війна певною мірою загальмувала розвиток ґрунтознавства, проте вже в перші післявоєнні роки почався новий етап його інтенсивного розвитку, який образно називають «педологічним вибухом». Характерною рисою цього періоду є інтенсивне дослідження ґрунтового покриву колишніх колоніальних територій Азії, Африки і Латинської Америки. В цей час різко зростає кількість ґрунтознавців-професіоналів, відкриваються нові наукові журнали з ґрунтознавства, багаторазово зростає кількість публікацій. Якісно зріс теоретичний рівень науки завдяки широкому застосуванню нових хімічних, фізичних, математичних, кібернетичних, біологічних, економічних, картографічних та інших методів досліджень. Різко зросло практичне застосування наукових розробок у різних галузях народного господарства.

Принципово змінились аспекти міжнародного співробітництва в галузі ґрунтознавства, яке координувалось і координується Організацією Об’єднаних Націй та її установами. Так інтернаціональний колектив ґрунтознавців завершив складання карти ґрунтів світу (1:5000000). Керували цією роботою португалець Д. Драмао і бельгієць Р. Дюдаль; активну участь у цьому брали і російські ґрунтознавці, серед яких тривалий час працював В. А. Ковда.

Сучасний етап розвитку ґрунтознавства дав цілу плеяду нових видатних ґрунтознавців як в нашій країні, так і за кордоном. Назвемо лише деяких з них: В.Р. Волобуєв, С.В. Зонн, І.П. Герасимов, О.Н. Соколовський, М.М. Кононова, Н.Б. Вернандер, М.К. Крупський, О.А. Роде, М.А. Глазовська.

Основи екології ґрунтів (вчення про екологічні фактори ґрунтів) були закладені класиками ґрунтознавства і агрохімії (В.В. Докучаєв, В.І. Вернадський, П.А. Костичев, Н.М. Сибірцев, В.Р. Вільямс, Д.Н. Прянішніков, В.А. Ковда та інші), які надавали великого значення біологічним, біологохімічним та геохімічним процесам, що відбуваються в ґрунті.

Вчені ґрунтознавці розробили систему методів вивчення процесу функціонування екосистеми ґрунту. Основними серед них є:

– порівняльно-екологічний метод – передбачає порівняльне вивчення екосистем ґрунту в нерозривному зв’язку з факторами ґрунтоутворення (складом і властивостями ґрунтової біоти, з одного боку, та сукупності факторів ґрунтоутворення – з другого);

– порівняльно-аналітичний метод – вмкористовує комлекс хімічних, фізико- хімічних та інших методів аналізу зразка ґрунту, з допомогою яких роблять висновок про властивості абіотичної складової ґрунту;

– біологічні методи – вивчення живих організмів, що населяють ґрунт;

– методи системного аналізу й моделювання.

Основні напрями розвитку екології ґрунту визначили класики вітчизняного ґрунтознавства: В.І. Вернадський, О.Н. Соколовський, Г.М. Висоцький, К.Д. Глінка, Д.Г. Віленський.

Академік П.С. Погребняк (1900-1976) розробив „Едафічну сітку” рослинних угруповань, яка показує вплив зміни вологості та хімічного складу ґрунту на склад і продуктивність природних ценозів.

Велике значення для розвитку вчення про екологічні фактори ґрунтів і методи їх дослідження мають праці А.М. Гродзинського (1926-1988) та його співробітників про хімічну взаємодію кореневих виділень рослин (алелопатію), в яких висвітлено вплив ґрунтово-алелопатичних факторів на життя рослинних ценозів та роль продуктів життєдіяльності рослин і мікроорганізмів у формуванні екологічних умов ґрунтового середовища.

Д.М. Гродзинський, відомий український радіобіолог, дослідив природну радіоактивність ґрунтів та її вплив на флору і фауну.

А.Л. Зражевський (1908-1976) видав ґрунтовну працю присвячену надзвичайно корисним тваринам у ґрунтоутворенні – дощовим червам, для яких ґрунт є основним середовищем життя, а їх життєдіяльність позитивно впливає на фізичні властивості і родючість ґрунту.

Науковці Інституту ґрунтознавства і агрохімії імені О. Н. Соколовського (Харків) (В.В. Медведєв, Г.Я. Чесняк, Б.С. Носко та інші) займаються комплексним вивченням родючості ґрунту та моніторингом ґрунтів України.

Багато фундаментальних праць про гумусний стан і фізико-хімічні властивості ґрунтів видали вчені Харківського аграрного університету імені В.В. Докучаєва – Н.І. Локтінов, Д.Г. Тихоненко та інші.

Протягом останніх 20 років значний обсяг робіт з моделювання екологічних процесів, дослідження біогеохімічної циклічності речовин у ґрунті вивчають в Інституті ґрунтознавства та фотосинтезу РАН (В.А. Ковда та співробітники).