Поиск

Учение о факторах почвообразования
28.10.2015

Ранее было показано, что почвенный покров теснейшим образом связан с условиями и историей физико-географической обстановки и находится в постоянном взаимодействии с литосферой, атмосферой, гидросферой местности и организмами, образуя с ними биогеоценозы (экосистемы). В.В. Докучаев был первым, кто установил, что эти соотношения между почвами и условиями почвообразования являются не случайными, а закономерными. Функциональную связь между почвенным покровом и главнейшими элементами ландшафта Докучаев представил в виде выражений П = f(К, О, Г, Р)Т, где П — почва, К — климат, О — организмы, Г — горные породы, P — рельеф и T — время.
Так было положено начало учению о факторах почвообразования. Зная сущность и историю взаимоотношений между почвами и факторами почвообразования, в принципе возможно предсказать тип почвенного покрова на территории, которая еще не изучена, но для которой известны возраст, геоморфология, горные породы, климат, растительность.
Учение о факторах почвообразования является одним из важнейших разделов современного теоретического почвоведения. Это учение стало краеугольным положением каждого теоретического курса учения о почве, изданного в России или за рубежом. Известный американский почвовед Ганс Иенни через 60 лет после Докучаева в своей книге «Факторы почвообразования» привел то же математическое выражение, показывающее функциональную связь между почвой и главнейшими факторами почвообразования: S = f(Cl, О, r, р, t...). В этом выражении буквой S обозначена почва, а Cl, О, r, р, t — соответственно климат, организмы, рельеф, породы и время. Иенни не сослался на Докучаева, так как, по-видимому, не знал о том, что именно Докучаеву принадлежит открытие закономерных связей и соотношений между почвой и элементами географического ландшафта.
Надо иметь в виду, что это выражение не может быть решено современными математическими методами уже по одному тому, что каждый компонент правой части формулы представляет собой сложнейшие динамические системы, которые не только не являются независимыми переменными, но сами теснейшим образом связаны между собой и вместе с тем находятся в постоянной зависимости от многих других элементов природной среды. Тем не менее как рабочий инструмент это выражение очень полезно и при отчетливом понимании ограниченности его приложения и значения может быть эффективно использовано для изучения почвенного покрова и для предсказания типов почв на ранее не изученных территориях.
Ученики и последователи Докучаева продолжали изучать и углублять учение о факторах почвообразования. К.Д. Глинка и Б.Б. Полынов придавали большое значение свойствам горных пород и минералов, являющихся субстратом почвообразования. С.С. Неуструев подчеркивал значение рельефа в связи с циклами эрозии, обособлением террас и водоразделов. В.Р. Вильямс считал ведущим фактором деятельность организмов. Им же было добавлено положение о том, что хозяйственная деятельность человека, в особенности земледелие и мелиорации, является в настоящую эпоху важнейшим и, может быть, решающим фактором почвообразования. Это, конечно, правильно, и эффект хозяйственной деятельности человека во всех проявлениях всегда должен учитываться как важнейший фактор современного почвообразовательного процесса.
Следует иметь в виду, что факторы почвообразования, взаимодействуя между собой и влияя на сущность и направление почвообразовательного процесса, действуют вместе с тем как совокупность тесно взаимосвязанных элементов. В этом смысле приходится говорить о незаменимости факторов почвообразования. Конечно, невозможно представить себе формирование почвы, если хотя бы один из факторов природного почвообразовательного процесса выпадает, будь то климат, организмы или земная кора. В то же время совершенно ясно, что факторы почвообразования, установленные к настоящему времени, различны по своему существу, эффекту и значению.
Фактор времени, или, что то же, фактор истории почвообразовательного процесса, является совершенно особой категорией. Время и историю почвообразовательного процесса необходимо отделить от всех остальных факторов почвообразования. Эффект воздействия одного фактора или их совокупности проявляется также лишь в аспекте времени, т. е. в ходе истории почвообразовательного процесса и развития самих факторов почвообразования.
Учет времени как фактора почвообразования заставляет рассматривать почву в динамике и развитии. При прочих равных условиях почвы, имеющие различный возраст, различную историю развития, должны принадлежать к различным разновидностям, типам и отличаться своими свойствами. Поэтому различные почвы представляются стадиями почвообразовательных процессов.
Советскими учеными разрабатывались разные разделы учения о развитии почв во времени. К.К. Гедройц изучал вопросы развития солончаков и превращения их в солонцы и солоди. Установлены также процессы остепнения солонцов и превращения их в каштановые почвы и черноземы, луговых почв и такыров — в сероземы. Изучены вопросы эволюции почв пойм и дельт от подводных к лесным и степным.
В настоящее время создается новый раздел почвоведения — историческое почвоведение. Появляются понятия о древних и современных почвах, об ископаемых почвах, о реликтах в почвенном профиле и т. д. Развиваются исследования, посвященные оценке возраста почв. Однако роль фактора времени и истории в почвообразовании еще нуждается в глубоких и всесторонних исследованиях.
То же надо сказать и о деятельности человека. В хозяйственной деятельности человека, особенно на ранних стадиях развития общества, далеко не все элементы являлись сознательными и целесообразными. Однако в целом хозяйственная деятельность человека преследует определенные цели, опирается на возрастающую техническую мощь и в истории почвообразовательного процесса делается все более решающей силой.
Благодаря плодородию, инженерно-строительным и санитарным свойствам почва со времени начала общественной жизни человечества стала объектом труда и превратилась в важнейшее средство производства. Пастьба скота, вырубка лесов, распашка почв и их регулярная обработка вызвали значительные изменения в естественном ходе почвообразовательных процессов. Поэтому без учета этих факторов невозможно разобраться в современных свойствах почвенного покрова в районах хозяйственной деятельности человека.
Так, например, органические и минеральные удобрения в областях многовекового земледелия нейтрализовали кислые почвы, обогатили их гумусом и питательными веществами. Обработка почв, корневая система сельскохозяйственных растений, органические удобрения изменили физические свойства почв. Во многих случаях все это заставляет различать наряду с естественными типами почв их «окультуренные» варианты.
Наиболее сильные изменения в почвообразовательных процессах, с превращением одних типов почв в другие, вызывают сельскохозяйственные мелиорации. Химические мелиорации (известкование, гипсование и др.) главным образом меняют свойства почв, повышая их плодородие. Осушительные мелиорации превращают торфяники и болота в плодородные высококачественные почвы лугового типа. При орошении почвы пустынь превращаются в плодородные почвы цветущих оазисов и т. д. Естественные почвообразовательные процессы во многих случаях бессильны создать такие почвенные типы и то высокое плодородие, которые создаются рационально направленной деятельностью человека. Примером может быть почвенный покров орошаемых оазисов или дренированных и промытых солончаков.
Организмы — растения, животные, микроорганизмы — в природном почвообразовательном процессе ведущий фактор, ибо синтез растительного органического вещества является первоисточником энергии для деятельности животных, микробов и для биохимических, физико-химических и механических реакций, составляющих основу почвообразовательного процесса.
Биологические факторы почвообразования быстро меняются в пространстве и в ходе эволюции ландшафта, а также вследствие развития самих организмов и их ценозов. Почвенный покров, изменяясь под воздействием организмов, сам может в значительной степени влиять на совокупность, виды и жизнедеятельность растений и животных. В процессе хозяйственной деятельности человека биологические факторы почвообразования подвергаются особенно сильным изменениям.
Роль рельефа в почвообразовании по преимуществу косвенная. Горный рельеф (орорельеф) способствует резкой смене материнских пород и климатических условий на небольших расстояниях. Он также обусловливает резко выраженные явления смыва. Атмосферные осадки в условиях горного рельефа в значительной части не попадают в почвенные горизонты, а уходят по склонам в реки, унося подвижные продукты выветривания и почвообразования.
Макрорельеф (водоразделы, их склоны, террасы речной долины) предопределяет известное различие в местной климатической обстановке вследствие разницы в высоте местности, различие в истории почвенного покрова на разных элементах вследствие неодинакового возраста водораздела и террас, различную степень дренированности местности, глубины залегания и химизма грунтовых вод.
Мезорельеф (формы рельефа, различающиеся по высоте на 1—3 м: повышения, склоны и понижения в пределах водораздела или гривы, старицы, вытянутые депрессии на террасах и т. д.) предопределяет различия местного почвенного климата, вызывает перераспределение снега и влаги, а также солей с накоплением во впадинах и т. д.
Микрорельеф (формы поверхности, высота которых изменяется в пределах 10—50 см) обусловливает перераспределение атмосферных осадков, разные режимы тепла и скорости испарения почвенной влаги, различия растительного покрова. Повышения микрорельефа в пустынях и полупустынях заняты чахлой ксерофитной или галофитной растительностью и засоленными почвами. В понижениях микрорельефа, наоборот, встречается более богатая растительность, менее засоленные и более плодородные почвы.
В условиях орошаемого хозяйства отрицательные формы мезорельефа при плохом водопользовании заболачиваются и засоляются. Повышения микрорельефа на орошаемых полях очень часто являются очагами образования солончаковых пятен, борьба с которыми требует уничтожения микрорельефных «бугров» с помощью планировки.
С формами рельефа обычно связаны заметные различия в литологии и химизме почвообразующих пород. Вследствие перераспределения климатических и биотических факторов на различных формах рельефа формируются различные почвы. И наоборот, в одной климатической области на однотипных и одновозрастных формах рельефа образуются близкие или однотипные почвы.
С рельефом и климатом местности связаны глубина и химизм грунтовых вод. Местности, характеризующиеся рассеченным рельефом (глубоко врезанная овражная и гидрографическая сеть), обычно имеют глубокие и опресненные грунтовые воды. В таких случаях говорят, что местность обладает естественной дренированностью. Низменности и дельтовые равнины, наоборот, характеризуются нерасчлененным рельефом, т. е. малой естественной дренированностью; русла и рукава рек при этом мало врезаны либо даже расположены выше уровня суши. В таких случаях уровень грунтовых вод близок к поверхности, их отток ослаблен; в условиях жаркого сухого климата они сильно засолены.
Значение грунтовых вод в почвообразовательных процессах определяется глубиной их залегания, подвижностью (отточностью) и химизмом. При глубине залегания, равной 5—7 м и менее, капиллярная кайма грунтовых вод достигает профиля почвы, они питают корневую систему растений, транспортируют вверх большее или меньшее количество растворимых соединений. В зависимости от климата, естественной дренированности местности и химизма такие грунтовые воды могут способствовать образованию переувлажненных, болотных, луговых или засоленных почв, При залегании глубже 10—20 м грунтовые воды, как правило, не участвуют в современных почвобразовательных процессах и не используются растительным покровом.
По химизму грунтовые воды могут быть кислыми, что характерно для областей влажного лесного климата, нейтральными, щелочными (в случае содержания соды, как, например, в Западной Сибири) или солеными (в степях, полупустынях и пустынях). Соленость грунтовых вод в аридных странах обычно тем выше, чем ближе их уровень к поверхности, чем меньше их подвижность и чем жарче и суше климат. Поэтому в пустынях часто встречаются соленые грунтовые воды. Близкие к поверхности (1—3 м) соленые грунтовые воды вызывают засоление почв.
Такие факторы почвообразования, как материнские горные породы и рельеф местности, меняются относительно медленно. Горные породы являются главным «объектом» почвообразовательного процесса. Именно горные породы и минералы подвергаются выветриванию, разрушению и новому синтезу. Горные породы и продукты их выветривания испытывают прямое и косвенное воздействие растительности, животных и микроорганизмов, вследствие чего формируются почвенные горизонты и гумусовая оболочка как продукт взаимодействия литосферы и биосферы.
Почвообразование проходит на определенной поверхности литосферы, и эта поверхность характеризуется определенной геоморфологией. Все прочие факторы почвообразования прямо или косвенно меняются в зависимости от рельефа местности и от истории развития геоморфологии.
Таким образом, горные породы и рельеф как факторы почвообразования далеко не сравнимы с такими факторами, как время, живые организмы или хозяйственная деятельность человека.
Если рассмотренные факторы почвообразования имеют земное происхождение, то климат, включая водный и световой режимы, баланс энергии, продолжительность времен года, их характер и многое другое, является по существу фактором космического происхождения. Климат зависит прежде всего от солнечной радиации и ее распределения на поверхности земного шара.
Эволюция климата протекает крайне медленно в сравнении с остальными факторами почвообразования, и в этом смысле климат является как бы «вечным» и «неизменным». Однако мы знаем, что в истории Земли климатические изменения были весьма глубокими, повсеместными и крайне сложными, меняющими полностью лик планеты, ее биосферу и почвенный покров.
Наряду с общим климатом местности необходимо различать местный— почвенный климат, который слагается под влиянием локальных условий, под воздействием деятельности человека и таких мощных хозяйственных мероприятий, как вырубка леса или облесение, осушение или орошение территории.
Значение климата в почвеннообразовательном процессе исключительно велико, и многие исследователи считают, что ведущая роль принадлежит климату, в широком и всестороннем понимании. Конечно, вне климата, т. е. без притока солнечной энергии, не могло бы быть главнейших условий для существования и жизнедеятельности организмов, а также для таких процессов, как выветривание, выпадение атмосферных осадков, эрозия, химическая денудация, дефляция, транспортировка, дифференциация и аккумуляция механических и химических осадков. Вне климата и вне деятельности Солнца в прошлом и в настоящем немыслимо существование человека. Поэтому роль климата в почвообразовании исключительно велика и еще полностью не понята и недостаточно оценена.
В последнее двадцатилетие стало ясно, что наша планета тесно связана с космосом и на ее поверхность поступает не только солнечная энергия в виде света и тепла, но также космическая радиация, космическая пыль, метеоритные осадки. Каково значение этих факторов в почвообразовании, покажут будущие исследования.
Кроме прямого участия литосферы и ее поверхностных горизонтов в почвообразовательном процессе, существуют и внутрипланетарные глубинные факторы, идущие от верхней мантии, которые играют иногда весьма заметную роль в совокупности с другими факторами почвообразования, В числе глубинных факторов почвообразовательного процесса необходимо назвать такие, как вулканизм, сопровождающийся выбросами значительных масс вещества на поверхность, восходящие токи термальных вод, землетрясения и тектонические движения, которые меняют геоморфологию и топографию местности, «газовое дыхание» земной коры, влияние рудных тел или нефтяных залежей.
Вероятно, в будущем исследователи найдут и другие факторы, ныне еще неизвестные, но оказывающие значительное влияние на сущность и направление почвообразовательного процесса.
Значение учения о факторах почвообразования исключительно велико. Зная соотношения между типом и свойством почв, с одной стороны, и факторами почвообразования — с другой, легче понять и использовать в практике свойства почвенного покрова, интерпретировать данные физических, химических и биологических исследований, можно глубже и правильнее объяснить происхождение почвы и направление ее развития. Почва, растения, животные, микроорганизмы составляют наиболее тесно связанные звенья в почвообразовательном процессе. Они как бы образуют единство, которое закономерно меняется в зависимости от изменения одного из компонентов.
Плодородие почв, являясь существенным свойством почвенного покрова, теснейшим образом связано с условиями среды, т. е. с факторами почвообразования. Поэтому плодородие почв должно оцениваться не только исходя из свойств почвенного покрова, но и с учетом единства почвенного покрова, условий среды и факторов почвообразования.
Особенно велико значение учета факторов почвообразования при решении задач устранения в почвенном покрове лимитирующих и отрицательных свойств и явлений, а также при разработке систем мелиоративных мероприятий, рассчитанных на коренное улучшение неплодородных почв. Надо иметь в виду, что как положительные, так и отрицательные качества почвенного покрова являются продуктом длительной истории почвообразовательного процесса и результатом взаимодействия почвы с элементами географической среды. Поэтому устранение лимитирующих и отрицательных свойств в почвенном покрове не всегда легко удается, если одновременно не производятся мелиоративные воздействия на всю географическую обстановку, в которой формировался почвенный покров и в которой осуществляется то или иное хозяйственное мероприятие.
Почва, как сложная многокомпонентная система, тесно связанная с условиями среды, обладает исключительно высокой «сопротивляемостью» всяким коренным мелиоративным воздействиям. Именно поэтому при решении практических задач мелиорации необходимо опираться на глубокое понимание не только происхождения и особенностей почв, но и роли факторов почвообразования в развитии их отрицательных свойств.
Для разработки дифференцированных систем земледелия и агротехнических мероприятий, приспособленных к местным почвенным условиям, для целесообразного размещения сельскохозяйственных культур, объектов земледелия и лесного хозяйства приходится производить районирование территории с точки зрения совокупных особенностей почвенного покрова. Такое районирование территории должно осуществляться также на основе знания связей почвенного покрова с факторами почвообразования и с условиями физико-географической среды. Всякое почвенное, почвенно-мелиоративное, почвенно-лесорастительное или агрономическое районирование территории должно быть комплексным.