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.

Таким образом роль почвы трудно переоценить.

2.2. 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:

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 направление общего 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 исследования процессов почвообразования и современных почвенных режимов.

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

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.

3.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 методамы, 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 ^|2С: '⁴С, 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.

4.Методология почвоведения

Главные методологические принципы генетического почвоведения:

— почва это самостоятельное естественно-историческое тело природы, формирующееся во времени на поверхности Земли из горных пород под воздействием факторов почвообразования, среди которых ведущую роль играют живые организмы;

— единство природного почвенного тела и связанного с ним почвенного профиля и профильного метода почвенных исследований, которые исходят из понятия о почве как неразрывной совокупности генетических почвенных горизонтов;

— факторы почвообразования это взаимосвязанные и взаимозависимые комплексы природных и антропогенных явлений, под одновременным и интегрированным воздействием которых формируются, развиваются, эволюционируют и преобразуются почвы;

— почвообразовательный процесс как сложный комплекс «элементарных» почвенных процессов, являющихся результатом взаимодействия синтеза и разложения, вертикальной и горизонтальной миграции органических и минеральных веществ;

— историзм почвообразования и последовательных смен стадий почвообразования и эволюции почв;

— типы почв и типы почвообразования как стадии на длительном пути развития почвообразовательного процесса;

— современный почвенный покров как стадии в истории развития земной поверхности;

—- тип почвы как главная форма существования почвенных тел;

— почвенный режим как главной форма динамики почвообразовательного процесса и функционирования почвы;

— почвенные зоны и зональные типы почв как основные формы организации почвенного покрова Земли, отражающей структуру и историю эволюции земной поверхности при постоянном взаимодействии геосфер (литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы);

— систематика и классификация почв как отражения реально существующих в природе генетических и географических иразличий между различными почвами;

— непрерывность почвенного покрова, в котором нет резких границмежду отдельными почвенными образованиями и характерныпостепенные переходы и диффузные границы между разными почвами;

— почвенный индивидуум как реально существующее природное тело в трехмерном пространстве;

— плодородие почвы как ее исторически формирующейся глобальной функции, обеспечивающей жизнь на Земле и являющейся результатом жизни;

— педосфера это специфическая геосфера, через которую осуществляется взаимодействие других геосфер планеты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современное генетическое почвоведение исходит из понятия о почве как об очень сложной системе, т. е. о системе с бесконечно большим разнообразием внутренних и внешних функциональных связей, имеющих очень сложную многоуровневую структурную организацию.

Долгое время в науке о почве и особенно в практике земледелия господствовало представление о том, что, воздействуя на какой-то единичный фактор, можно управлять процессами почвенного плодородия. Сейчас такой подход признается принципиально недопустимым, так как он не применим к очень сложным системам, «которые не допускают изменения только одного фактора за один раз, ибо эти системы столь динамичны и внутренне связаны, что изменение одного фактора служит непосредственной причиной изменения других, иногда очень многих факторов.

На этой базе было сформулировано представление об иерархических уровнях структурной организации почвы, каждый из которых требует специфических методов и подходов исследования, контроля и управления.

Краткий конспект лекции 1

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.

П = f (К* Г* О* Р)* Т,

Функции почвы:

- обеспечение существования жизни на Земле;

- обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности;

- регулирование химического состава атмосферы и гидросферы;

- регулирование биосферных процессов;

- аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии на земной поверхности.