DjVu

      ПРЕДИСЛОВИЕ
      Почвоведение на современном этапе играет особенно значительную роль как фундаментальная естественно-историческая наука, обеспечивающая нужды сельского, лесного, водного, коммунального хозяйства и других отраслей экономики. Важнейшее место занимает почвоведение в решении вопросов устойчивости биосферы в эпоху прогрессивного роста антропогенной нагрузки на природные экосистемы, поскольку стабильное развитие биосферы планеты непосредственно связано с устойчивостью ее почвенного покрова.
      Существенна роль почвоведения в выполнении разработанной в нашей стране программы интенсификации и повышения эффективности народного хозяйства, в ускоренном развитии экономики на базе научно-технического прогресса. Почвоведам предстоит разработать научные основы, технологий управления почвенными процессами, почвенным плодородием в целях обеспечения растущих потребностей страны в биологической продукции. Решение этих задач требует углубленного изучения теоретических основ науки почвоведения. Цель данной книги - помочь будущим молодым специалистам — почвоведам и агрохимикам — овладеть этими знаниями.
      Учебник создан коллективом кафедры Общего почвоведения факультета почвоведения Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова на основе читаемых многие годы лекций по данному предмету. Он составлен с учетом того, что после освоения основного курса общего почвоведения студенты углубленно изучают такие его разделы, как физика, биология, химия, география, мелиорация, эрозия почв в соответствующих курсах, а также агрохимию, растениеводство и земледелие. Изучению почвоведения предшествуют курсыгеологии, минералогии и петрографии, ботаники и геоботаники.
      Материал в данной книге излагается в соответствии с новой программой университетского курса почвоведения. В соответствии с учебным планом подготовки почвоведов и агрохимиков в университетах настоящий учебник существенно отличается от
      учебника «Почвоведение» под редакцией И. С. Кауричева (1983), рекомендованного для сельскохозяйственных вузов, где совершенно иной профиль подготовки специалистов. В предлагаемом учебнике обобщены современные знания о почвах и теоретические положения почвоведения с учетом новейших данных. В нем отражены методические концепции советской научной школы и роль русских и советских ученых в становлении и развитии современного генетического почвоведения.
      Рисунки, помещенные на форзацы, взяты из книги Т. В. Афанасьевой, В. И. Василенко, Т. В. Терешиной, Б. В. Шеремета «Почвы СССР» (М., Мысль, 1979).
      В написании первой части этой книги приняли участие следующие сотрудники кафедры Общего почвоведения МГУ : чл.-кор. АН СССР В. А. Ковда (общая редакция); проф. Б. Г. Розанов (общая редакция, Введение, гл. 1, 17,. 18, 21); проф. Л.А.Гришина (гл. 5), проф. Е.М.Самойлова (гл. 19, 20); проф. Ф. А. Тихомиров (гл. 12); д-р биол. наук В. Д. Васильевская (гл. 7); д-р биол. наук Ф. И. Левин (гл. 15); доц. Т. И. Евдокимова (гл. 16); канд. биол. наук Г. Д. Белицина (гл. 9, 10); канд. биол. наук В.В.Иванов (гл. 2, 3, 4); канд. биол. наук С.А.Николаева (гл. 6, 11); канд. биол. наук Н. Г. Зборищук (гл. 8, 13, 14, 19).
      Авторы и редакторы заранее благодарят всех читателей учебника, которые возьмут на себя труд сделать критические замечания, направленные на улучшение учебника в будущем, а также рецензентов учебника за замечания, позволившие его существенно улучшить.
      В. А. Ковда, Б. Г. Розанов
     
      ВВЕДЕНИЕ
      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.
      Учение о почве как о самостоятельном естественно-историческом теле природы было создано в конце XIX столетия великим русским естествоиспытателем Василием Васильевичем Докучаевым (1846—1903) и развито блестящей плеядой его учеников и последователей. Оно сформировалось в начале нашего века в новую отрасль естествознания — современное генетическое почвоведение (генетическое потому, что в его основе лежит учение о генезисе — происхождении, развитии и эволюции — почв).
      Что такое почва?
      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.
      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. 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.
      Существовавшие ранее определения стали непригодны, поскольку не характеризовали всю специфику почвы как природного тела и не отражали ее наиболее характерные особенности. Тройственное отношение человека к почве — как к природному телу, предмету труда и продукту труда — усложнило выбор наиболее точного научного определения почвы.
      К середине прошлого 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). Такое субстанцион-ное определение почвы было распространено вплоть до появления работ В. В. Докучаева, показавшего его научную несостоятельность и давшего новое определение почвы, совершившее переворот в науке.
      Первую формулировку нового определения почвы В. В. Докучаев дал в докладе о принципах естественной классификации почв на заседании Отделения геологии и минералогии Санкт-Петербургского общества естествоиспытателей 14 апреля 1879 г., где он сказал: «Если изучать почву по ее наиболее типичным, наиболее распространенным и наиболее естественным представителям (чернозем и северные сухопутнорастительные почвы), тогда неизбежно придется сделать такое определение ее: 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». На протяжении двадцати лет он оттачивал это определение, стремясь сделать его наиболее научно точным. 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. Наконец, третье — это подчеркнутое в самом определении наличие функциональных связей между почвой и всеми другими природными телами и явлениями.
      Одновременно с докучаевским направлением, в котором почва рассматривалась прежде всего как самостоятельное природное тело в его функциональной зависимости от других природных тел и явлений, в русской науке развивалось и другое направле-
      ние, связанное с именами П. А. Коетычева (1845—1895) и В. Р. Вильямса (1863-1939). Эти ученые обращали внимание в первую очередь не на «входящие» функции почвы, а на «выходящие», на отношение к почве произрастающих на ней растений. Соответственно и даваемое ими определение почвы подчеркивало совершенно другую ее сторону.
      Развивая идеи П. А. Костычева о почве как среде произрастания растений, академик В. Р. Вильямс дал такое определение почвы в своем учебнике почвоведения: «Когда мы говорим о почве, мы разумеем рыхлый поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений. Понятие о почве и ее плодородии неразделимо. Плодородие — существенное свойство, качественный признак почвы, независимо от степени его количественного проявления. Понятие о плодородной почве мы противопоставляем понятию о бесплодном камне, или другими словами, понятию о массивной горной породе».
      Подходы В. В. Докучаева и П. А. Коетычева — В. Р. Вильямса взаимно дополняют и обогащают друг друга, характеризуя в целом русскую почвенно-генетическую школу. Поэтому вполне оправданным служит объединение этих двух направлений генетического почвоведения в едином определении почвы. Соответственно, в современном почвоведении принято такое определение: почва — это обладающая плодородием сложная полифункцио-нальная и поликомпонентная открытая многофазная структурная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени.
      Необходимо подчеркнуть, что данное определение почвы является субстанционно-функционально-атрибутивным. В нем имеются указания на вещественное содержание объекта, на его функциональные связи с другими объектами природы и, наконец, на его главные качества. В тех или иных конкретных формулировках оно сейчас является общепринятым в науке и надежно определяет почву как предмет почвоведения, с одной стороны, и как самостоятельное природное тело, с другой.
      Почва — особое тело природы
      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 (1863—1945), биокосным телом природы.
      Особое положение почвы определяется тем, что, во-первых, 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 живые организмы: корневые системы растений, почвооби-
      тающие животные разного размера вплоть до одноклеточных Protozoa, огромное разнообразие микроорганизмов. Именно поэтому почва является многофазной системой, включая твердую, жидкую, газообразную и живую фазы в отличие от других природных тел. Даже аналитически невозможно отделить почвенные микроорганизмы от почвенного гумуса, что выражается в их суммарном определении общего содержания органического вещества в почве.
      Всякая природная почва состоит из последовательно сменяющих друг друга вниз от поверхности слоев генетических горизонтов, образовавшихся в результате изменения исходной горной породы в процессе почвообразования. Вертикальная последовательность горизонтов образует почвенный профиль.
     
      Почвенный индивидуум
      Почва — природное тело, имеющее определенную протяженность в трех измерениях пространства. Как всякое природное тело, она имеет свое положение в пространстве, объем и границы.
      Нижняя граница почвы определяется, согласно П. С. Кос-совичу (1862—1915), глубиной, на которую произошло изменение исходной горной породы в ходе почвообразования. Однако для решения этого вопроса на практике в истории почвоведения были предложены разные критерии.
      В. В. Докучаев предложил принимать за нижнюю границу почвы максимальную глубину ее прокрашивания гумусом, т. е. включал в толщу собственно почвы только горизонты А и В, понимая под горизонтом А гумусовый слой и под горизонтом В — слой, переходный по гумусированности (в настоящее время под горизонтом В понимается слой иллювиально-метаморфического преобразования породы); нижележащий же горизонт С— материнскую породу — он относил к подпочве. П. А. Костычев считал, что нижняя граница почвы определяется глубиной проникновения основной массы корней растений. Академик К. Д. Глинка (1867—1927) отождествлял нижнюю границу почвы с нижней границей коры выветривания, хотя и подчеркивал принципиальное различие между ними. Г.Н.Высоцкий (1863—1939) определял нижнюю границу почвы глубиной ее ежегодного промачива-ния атмосферными осадками.
      Таким образом, вопрос о нижней границе почвы решается сложно и часто неоднозначно, в зависимости от того, в каких целях он рассматривается: при изучении почвы как естественно-исторического природного тела, как среды обитания растений или как объекта инженерно-технической мелиорации.
      В настоящее время в почвоведении принято включать в состав почвы горизонты О, А, В и их дериваты (Т, Е, G), а нижележащие горизонты С, D, R относить к подпочве в соответствии с принципом Докучаева—Коссовича (определение почвенных горизонтов см. ниже в соответствующем разделе учебника).
      Верхняя граница почвы — это поверхность раздела между почвой и атмосферой, т. е. поверхность суши Земли, либо между почвой и гидросферой для подводных почв (плавневые, маршевые, мангровые, затопленные рисовые почвы и т. п.).
      Что же касается боковых границ почвенного тела, то, поскольку почвенный покров суши Земли является сплошным и почвы переходят одна в другую обычно постепенно, без резко выраженных границ раздела, граница между двумя разными почвами становится диффузной и трудно выделяется в натуре. Однако это не значит, что границы нет: диффузная граница — это тоже граница, но имеющая некоторые пределы неопределенности. В почвоведении принято определение боковых границ почвы как вертикальных поверхностей раздела между соседствующими почвенными индивидуумами.
      Поскольку почва является сложной структурной системой, она всегда имеет какую-то степень неоднородности. Отсюда задача определения почвенного индивидуума сводится к отысканию тех пределов почвенной неоднородности, которые позволяют говорить о самостоятельном природном теле, отличном от окружающих тел. Соответственно почвенный индивидуум (педон — по терминологии современной школы США, почвенная особь, элементарная единица почвы) — это минимальный объем почвы, горизонтальные размеры которого достаточно большие, чтобы иметь полный спектр вариабельности соотношений генетических горизонтов, соответствующий минимальной горизонтальной неоднородности почвы по диагностическим признакам (рис. 1).
      В зависимости от типа почвы и ее строения горизонтальные размеры почвенного индивидуума могут колебаться в широких пределах от долей до десятков и сотен квадратных метров. По измерениям Ф.И.Козловского (1972), площади почвенных индивидуумов (в м2) для дерново-подзолистой почвы на покровном суглинке Подмосковья составили от 1,75 до 28, для типичного чернозема на лессовидном суглинке Курской области — 28 и для лугово-каштановой почвы на элювии шоколадных глин Сарпинской низменности — 7. В плане реальная форма почвенного индивидуума может быть весьма разнообразной — гексагональной, округлой, овальной, вытянутой по какой-то одной оси, амебовидной, ветвистой — в зависимости от микрорельефа, строения и характера горных пород, гидрогеологических условий.
      Ряд одинаковых почвенных индивидуумов в своем совместном простирании по площади дают элементарный почвенный ареал (рис. 2), под которым понимается единица почвенного покрова, относящаяся к одной классификационной единице наиболее низкого таксономического ранга, занимающая пространство, со всех сторон ограниченное другими элементарными почвенными ареалами или непочвенными образованиями (В. М. Фридланд, 1965). Аналогичными понятию элементарного почвенного ареала (не синонимами, но в принципе соответствующими друг другу) являются следующие понятия, в разное время введенные в науку. полипедон — школа США, 1960; педотоп — Э. Эвальд, 1966; женон — Ж. Булей, 1969.
     
      Место и роль почвы в природе
      Располагаясь на границе соприкосновения и взаимодействия планетарных оболочек — литосферы, атмосферы, гидросферы — и развиваясь в результате их взаимодействия, трансформированного через активную (при жизни) и пассивную (после отмирания) деятельность наземных организмов, почва играет специфическую роль в этой сложной системе земных геосфер, формируя особую геосферу — педосферу, или почвенный покров Земли (рис. 3).
      Одновременно почва является компонентом биосферы — области распространения жизни на Земле, по определению академика В. И. Вернадского.
      Глобальные функции почвы многогранны, их несколько. Первая и главная из них — это обеспечение существования жизни на Земле.
      Именно из почвы растения, а через них и животные, и человек получают 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. Важно при этом подчеркнуть диалектическое единство биосферных процессов: 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. 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.
      Рис. 3. Педосфера в системе земных геосфер
      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, в частности плотности жизни на Земле, путем динамичного воспроизводства почвенного плодородия, в чем опять-таки рельефно проявляется диалектика природы, поскольку почва имеет свойства, обеспечивающие жизнь растений, и лимитирующие ее факторы. Распределение живых организмов на суше Земли и их плотность в значительной степени определяются географической неоднородностью почвы и ее плодородием наряду с климатическими факторами.
      Наконец, 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 по терминологии академика В.Н.Сукачева (1880— 1968), из которых состоит биосфера, входя в них в качестве особой подсистемы, связанной с другими подсистемами данной экосистемы и окружающих экосистем многочисленными прямыми и обратными функциональными связями (схема 1).
      Схема 1. Структура природных наземных экосистем и их связей в ландшафтах через атмосферу, организмы и грунтовые воды
      KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ