Географические открытия почв

Мир иной – цветы иные!

Новый цвет – и новый запах!..

...На здоровой щедрой почве

И растения здоровы...

Г. Гейне

В книге В. В. Докучаева «Русский чернозем» было «запатентовано» открытие почвы как особого природного тела. Но открытие конкретных почв, отличающихся строением профиля, составом и свойствами, произошло совсем иначе. Часть почв была известна до Докучаева, но они не рассматривались как особые тела природы. Другие почвы были открыты уже благодаря использованию методов и идей Докучаева.

Одно из важнейших открытий Докучаева – открытие зональности почв. При этом географичность почвы как природного тела следует из установленной связи ее образования с климатом и растительностью.

Явление зональности почв было открыто В. В. Докучаевым в значительной степени исходя из логических соображений. Экспериментальным толчком к этому открытию послужили его исследования черноземов. Определив содержание гумуса в тысячах образцах почв, В. В. Докучаев установил, что схематично всю черноземную зону России можно разделить на полосы черноземов с разным содержанием гумуса. Внутри полосы содержание гумуса было однородно. Полосы тянулись с юго‑запада на северо‑восток, повторяя направление растительных зон, например зоны широколиственных лесов. Этот факт в сочетании с теорией образования почв послужил основой для открытия явления зональности почв.

В 1898 году Докучаев открыл также явление горной зональности почв. Приехав на Кавказ, он поднялся в горы, как всегда сопровождая свои экскурсии изучением почвенных разрезов. И вот самым быстрым в конце XIX века способом – по телеграфу – в Петербург было послано сообщение об открытии новой закономерности в распределении почв. В вышедшей в 1899 году книге В. В. Докучаев изложил свои взгляды на горизонтальную и вертикальную зональности почв.

Открытие явления зональности послужило толчком для исследования и открытия новых почв. Но, как часто бывает в истории, географическое открытие некоторых почв опередило открытие В. В. Докучаевым самой почвы.

Люди сначала открывали почвы, как Колумб Америку, не подозревая, что они открывают новый мир. Еще древние славяне оценили необыкновенную «хлебную силу» черноземов и серых лесных почв. Уже в XVI веке сведения о них как самых плодородных почвах заносят в «Писцовые книги». Правда, под черноземами понимали любую «черную», богатую перегноем почву. О черноземах писал М. В. Ломоносов в своем рассуждении о «слоях земных». Существовало несколько гипотез происхождения чернозема: известный ученый П. С. Паллас считал, что будто бы чернозем образовался при высыхании болот, геолог Р. Мурчисон – что это размытая ледниковыми водами и переотложенная ими черная юрская глина. Академик Ф. И. Рупрехт первый воскресил гипотезу М. В. Ломоносова, связав происхождение чернозема с наземной растительностью, в основном с травами, что, однако, не помешало ему отнести к черноземам луговые пойменные почвы.

Как уже говорилось, окончательно отделил черноземы от всех других почв, подробно их описал и дал им полную характеристику В. В. Докучаев.

В 1883 году Докучаев открыл почвы сухих степей, названные им каштановыми. Они отличались от черноземов буровато‑серым цветом верхнего горизонта и ярким каштановым цветом подстилающего слоя, идущего после гумусового. Исследования показали, что для этих почв характерны меньшее содержание гумуса в верхнем горизонте и меньшая мощность этого горизонта. Каштановые почвы отличаются от черноземов формой карбонатов, их содержанием, глубиной залегания, физическими свойствами.

Работая в Смоленской губернии, Докучаев открыл подзолистые почвы, широко распространенные в средней полосе на территории тогдашних Московской, Тверской, Смоленской, Петербургской губерний. Эти почвы обладают белесым горизонтом под лесной подстилкой, и крестьяне называли их «беляк», «луда», «подзол». О происхождении подзолов ученые также спорили, считая их то геологическим образованием, то скоплением фитолитарий (так называются состоящие из кремния образования, попадающие в почву из растений). И только Докучаев установил, что подзолы – особый вид почв. С тех пор термин «подзол» прочно вошел в научную литературу.

Первое научное описание подзолов В. В. Докучаев сделал в 1873 году, но отчет об этой экспедиции где‑то затерялся, и лишь после открытия чернозема, работая в Нижегородской экспедиции, он вернулся к подзолу и дал вторичное описание типичного строения этих почв. Название «подзол» вошло во все языки мира.

В. В. Докучаев первый определил, что подзолистые почвы распространены и приурочены к хвойным лесам; пихтовым, еловым, сосновым.

В начале XX века были предприняты работы Переселенческого управления по выявлению земель, пригодных для освоения. Изучением почв руководил ученик В. В. Докучаева К. Д. Глинка, в будущем академик и президент Международного общества почвоведов. Экспедиции работали в Туркестане, Сибири, на Алтае, Дальнем Востоке, Камчатке. Экспедиционные отряды были малочисленны, а расстояния огромны, поэтому картографическая съемка почвенного покрова велась схематично, в мелком масштабе. В результате исследований на составленных экспедициями картах подзолы охватили почти всю таежную зону России и растянулись широкой полосой от Прибалтики до Дальнего Востока. Хотя подзол был открыт достаточно давно, жизнь этого открытия оказалась значительно более сложной, чем черноземов. Когда почвоведы попали в северные районы (тундру, лесотундру, северную окраину тайги), вместо подзолистых почв они нашли почвы, не имеющие подзолистого белесого горизонта. Они не знали, то ли подзол еще не образовался, то ли в этом климате и на этих породах, часто щебнистых, он не образуется. Почву назвали «скрытоподзолистой», и под этим именем северные почвы существовали в науке более пятидесяти лет. В 60‑е годы нашего века обратили внимание, что некоторые почвы имеют осветленный горизонт, но назвать его подзолистым трудно: по химическим свойствам он не выделяется или выделяется плохо.

Многолетние детальные исследования целой плеяды почвоведов обнаружили в Восточной Сибири, на Дальнем Востоке, Урале и Алтае под хвойными лесами почвы без видимого подзолистого горизонта. И в настоящее время многие исследователи считают, что в группу подзолистых почв отнесены почвы самого разного происхождения, в том числе на двучленных отложениях (суглинках, перекрытых сверху более легкими отложениями, супесями, легкими суглинками).

Изучением подзолов занималось множество исследователей. Классической считается работа А. А. Роде, в которой изложена стройная гипотеза образования подзола (эта теория была принята почвоведами всего мира). Суть ее состоит в следующем. Любую почву составляют минералы, такие, как кварц, полевые шпаты, роговые обманки. Их называют первичными минералами, унаследованными непосредственно от тех пород, на которых образовались почвы. Из этих минералов состоит огромное количество пород на Земле, даже рыхлые отложения, а также реголит Луны. Разрушаясь, первичные минералы превращаются во вторичные. Размеры кристаллов у них значительно меньше, и эти минералы составляют так называемую глинистую и илистую фракции почвы. Ко вторичным минералам относят гидрослюды, монтмориллонит, каолинит и ряд других. Размеры глинистых частиц обычно не превышают двух тысячных долей миллиметра. А. А. Роде считает, что эти вторичные минералы под воздействием корней растений и растворов, содержащих органические кислоты (щавелевую, яблочную, янтарную и другие), и соединения, относящиеся к другим классам, разрушаются, а продукты их разрушения частично удаляются из почвы водой. Почва как бы промывается. В результате в почве образуется осветленный, часто белесый, подзолистый горизонт. До сороковых годов гипотеза Роде не вызывала существенных возражений. Но вот французский почвовед Ф. Дюшофур выделил почвы, в которых осветленный горизонт образуется не в результате разрушения минералов. Они не разрушаются, а просто выносятся водой из верхних горизонтов в нижние. Эти почвы были названы псевдоподзолистыми: они только по внешнему виду напоминают подзолистые, но химический состав ила во всех горизонтах у них одинаков, в то время как в подзолистых он резко различен в элювиальном и иллювиальном горизонтах. Псевдоподзолистая (лёссивированная, выщелоченная от ила) почва была открыта в 1948 году. Следует отметить, что академик Е. Д. Глинка еще раньше описал процесс выноса ила, но подобные почвы он от подзолистых не отделял. К псевдоподзолистым относят также почвы со светлым горизонтом, из которого ил не выносится, но в котором под влиянием избыточного увлажнения происходит осветление минеральной части. Потеря окраски связана с тем, что железо смывается с минеральных зерен и сегрегируется в ортштейны, образует конкреции, обогащенные железом и марганцем. Такая сегрегация не проявляется при анализе горизонта в целом. Немецкие ученые назвали эти почвы псевдоглеевыми, но академик Герасимов считает, что правильнее называть их псевдоподзолистыми. Глеевый процесс в этих почвах не отличается принципиально от настоящего глеевого процесса, а подзолообразования в них нет.

Было установлено, что без переувлажнения верхнего горизонта подзолистый процесс не идет. Глеевый же процесс всегда сопровождает процесс оподзоливания, но сам глеевый процесс может идти и без подзолистого.

Сейчас почвоведы заняты поисками различий между всеми почвами, входящими в сборную группу подзолистых почв.

Выше уже говорилось, что при исследовании почв севера обнаружили, что некоторые кислые почвы не имеют осветленного горизонта. Но, считая оподзоливание ведущим процессом на всей северной части Евразии и Америки, исследователи назвали эти почвы скрыто‑подзолистыми.

В 50‑х годах нашего столетия начался период нового открытия почв Сибири и Дальнего Востока. Подъем целины, строительство гидростанций, дорог, промышленных объектов потребовали знания почв и почвенных ресурсов. И вот тогда было установлено, что скрыто‑подзолистые почвы – это особый тип почв. Их назвали подбурами. У них нет осветленного горизонта, но есть горизонт, куда вмываются, иллювиируются, по словам почвоведов, соединения железа, органическое вещество. Процесс переноса алюминия, железа и органического вещества в отличие от подзолистого назвали альфагумусовым, по первым слогам латинских названий вымываемых элементов.

Интересна история открытия охристых почв. В 1911 году почвовед Переселенческого управления Э. Безайс выделил на Камчатке дерново‑подзолистые и серые лесные почвы. На Камчатке распространены лиственничники, ельники, березняки. В то же время на европейской территории серые лесные почвы встречаются лишь под широколиственными лесами. Поэтому выделение серых лесных почв на Камчатке у К. Д. Глинки, руководителя экспедиции, в которой участвовал Безайс, вызвало сомнение. В своей книге «Почвы России и прилегающих стран», вышедшей в 1923 году, он на Камчатке выделил подзолистые почвы. Ошибка Безайса была обусловлена двумя причинами: одной субъективной и другой – объективной. Безайс попал в долину реки Камчатки через Усть‑Камчатск, с восточного побережья полуострова. Обычная погода на побережье в этом районе – холодная и дождливая даже в июле – августе. Однако долина реки Камчатки попадает в область местного антициклона, где осадки выпадают редко и где много солнечных дней. Поэтому, по собственному признанию Безайса, ему показалось, что он попал в Италию: очевидно, теплая погода настроила исследователя на более «южное» восприятие природы. Ему показалось, что в долине почвы должны относиться к более южным вариантам. Вторая причина связана с тем, что постоянная деятельность вулканов здесь все время как бы омолаживает почвы. Они нарастают, в них много погребенных гумусовых горизонтов, часто хорошо выражен только верхний гумусовый горизонт. Поэтому Безайс отнес распространенные здесь коричнево‑охристые пепловые почвы с высоким содержанием гумуса к серым лесным. За короткий срок пребывания на Камчатке Безайсу не удалось разобраться в почвах.

Он счел подзолистыми почвами те, в которых на глубине десяти – двадцати сантиметров наблюдалась белесая прослойка. Однако эта прослойка была не почвенного происхождения. Ее образовал пепел белесого цвета, выпавший при извержениях камчатских вулканов. Затем сверху этот белесый пепел был погребен под темным пеплом, выброшенным Ключевской сопкой или Толбачиком. В результате такого переслоения пеплов профиль напоминает подзолистую почву. Но вскоре, в 20‑х годах, А. А. Красюк высказал предположение, что камчатские почвы имеют особое происхождение, связанное с влиянием современного вулканизма. Они были названы охристыми. В 60‑х годах эта гипотеза была подтверждена, и охристые почвы заняли свое место на почвенной карте страны.

С проблемой подзолистых почв связано также открытие солодей. Так называют почвы, имеющие гумусовый горизонт, под которым залегает белесый, пластинчатый, осолоделый горизонт, обогащенный конкрециями – ортштейнами. Под белесым горизонтом расположен иллювиальный горизонт, в который вмываются вынесенные из осолоделого слоя железо и ил. Ниже под этим горизонтом может залегать слой, обогащенный карбонатными образованиями. Как видно из приведенного описания, по внешнему виду почва похожа на подзолистую, но отличается тем, что в горизонте под иллювиальным содержит карбонаты. Правда, подзолистые почвы могут развиваться также на карбонатных отложениях.

Впервые солоди описал в нашей стране – в Воронежской области под осиновыми колками В. И. Попов. Эти почвы были названы вначале западинными подзолистыми. Аналогичные почвы затем были описаны под березовыми колками в Сибири. Но дальнейшие исследования показали, что точно такие же почвы образуются в степях под травяной растительностью в западинах. Образуются солоди на солонцах и в природе, особенно в зоне каштановых почв широко распространены осолоделые солонцы. Возникло противоречие: с одной стороны, подзолистая почва, с другой – развивается по солонцу. Противоречие было разрешено И. С. Кауричевым. Он доказал, что для солодей и подзолистых почв характерен временный застой воды, приводящий к преобладанию в этот период восстановительных процессов, переводу железа в растворимое состояние и последующему его выносу. Это общее условие сближает осолоделые и оподзоленные почвы. Но сам процесс разрушения почвенных минералов в обеих почвах отличается, как это показал академик К. К. Гедройц. В солодях разрушение минералов связано с воздействием натрия, в подзолистых почвах – водорода. Поскольку соли натрия щелочные, то после их воздействия на почву в ней образуется заметное количество растворимой кремнекислоты, чем солодь отличается от подзолистых почв. В условиях хорошего дренажа разница между этими почвами в лесных колках стирается. Таким образом, потребовалось около пятидесяти лет и усилий трех поколений ученых, чтобы внести ясность в вопрос и окончательно открыть солоди.

Сравнительно просто были открыты сероземы – почвы, распространенные в жарких предгорных районах Средней Азии. В. В. Докучаев лишь наездом был в Средней Азии, в Репетеке, но и недолгого времени ему хватило, чтобы выделить почвы Средней Азии в отдельный тип лёссовых, эоловых почв, своим образованием обязанных действию ветра, приносящего в эти районы тонкую пыль. Он назвал их белоземами, очевидно, из‑за светлого цвета. Как оказалось в дальнейшем, светлый цвет связан с наличием в почвах большого количества извести (карбоната кальция) и с малым содержанием перегноя. Впервые описал в полевых условиях эти почвы выдающийся ученый‑почвовед С. С. Неуструев. Он показал, что сероземы – это не лёсс, а особая почва, часто развивающаяся на лёссах в условиях сухих субтропиков. Название «сероземы» привилось, особенно после того, как в свет вышла книга А. Н. Розанова «Сероземы» – образец монографического описания почвы. В ней были изложены основные особенности сероземов как своеобразного типа почв.

Если история географического открытия сероземов сравнительно проста, то, наоборот, очень запутана история открытия бурых лесных почв. К этим почвам относят бурые по цвету, не дифференцированные на заметные горизонты (кроме гумусного) почвы обычно тяжелого механического состава, богатые гумусом и железом. Именно так описали эти почвы два их исследователя: русский почвовед Р. В. Ризположенский и немецкий – Э. Раманн. И с этого момента начинаются разночтения в понимании бурых почв. Ризположенский описал бурые почвы на Урале, часть из них образовалась на красноцветных пермских отложениях. В дальнейшем Е. Н. Иванова описала там же кислые неоподзоленные почвы, которые сейчас также называются бурыми. В то же время Э. Раманн описал бурые недифференцированные почвы на территории Венгрии и в других районах.

Затем бурые лесные почвы были выделены под буковыми лесами в Карпатах, Альпах, на Кавказе, под дубовыми лесами в Крыму. Получилось, что часть бурых почв развивается в зоне тайги, а часть – в зоне широколиственных лесов, на переходе к субтропическим почвам.

Сейчас бурые почвы выделены на Алтае, в Саянах, на Дальнем Востоке. Все исследованные и описанные бурые почвы объединяет одно свойство: бурая окраска профиля и недифференцированность почвы по горизонтам. Считалось до недавнего времени, что бурые почвы – суглинистого механического состава и в них все время идет образование ила («внутрипочвенное выветривание») . Но в 60‑х годах под Москвой и в соседних областях были описаны под названием «бурые» супесчаные почвы под смешанными лесами и сосняками.

Итак, следует признать, что с бурыми почвами еще далеко не все ясно. Несколько вопросов требуют разрешения в связи с проблемой буроземов: могут ли одни и те же буроземы образовываться под столь разными растительными формациями, как широколиственные леса и тайга, следует ли рассматривать супесчаные почвы как вариант буроземов и некоторые другие. Исследования буроземов развернулись сейчас полным ходом в разных странах мира. Они показывают, что некоторые ученые относят к бурозему бывшие дерново‑подзолистые почвы> окультуренные в результате сельскохозяйственного использования. Надо полагать, что в ближайшее время многие связанные с буроземами вопросы будут решены.

На нашей планете множество различных типов почв. Некоторые из них исследованы детально, изучение других только началось. История открытия каждой почвы связана с многолетней работой в экспедициях, в лабораториях, с участием больших коллективов ученых.

Нельзя не остановиться на засоленных почвах. Они широко распространены в сухом и жарком климате. В этих почвах в верхних горизонтах накапливаются соли, грунтовые воды также обычно содержат много растворимых солей. Существуют и приморские солончаки (так называемые марши, польдеры). На засоленных почвах урожаи невелики, и часто их совсем не удается получить. В естественных условиях солончаки заняты солянками, но иногда даже солянки не могут на них расти.

Есть почвы, которые долгое время относили к засоленным. Это солонцы. Их отличительная черта – структурный солонцовый горизонт, который распадается на почвенные призмы, столбчатые отдельности, иногда сверху белесые, осолоделые.

Первым провел различия между солончаками и солонцами академик Н. А. Димо. Химические различия между этими почвами обнаружил академик К. К. Гедройц. Исследуя способность почв задерживать химические вещества, он установил, что если солончаки богаты растворимыми солями, то солонцы содержат в основном поглощенный натрий, который создает в почвах щелочную реакцию. Он «ответствен» за неблагоприятные физические свойства солонцов. Возможны случаи, когда солончак при промывке его от избытка солей превращается в солонец. Отнесение солонцов к засоленным почвам не совсем верно. Солонцы часто не засолены или засолены не более чем другие почвы, например каштановые, которые не считаются засоленными. Есть засоленные солонцы, но они так и называются – солонцы солончаковатые. Бывают случаи, когда во влажный год с равномерным выпадением осадков солонцы дают неплохие урожаи.

Были обнаружены солонцы, отрицательные свойства которых обусловлены поглощенным магнием.

Географическое открытие солонцов продолжается и с ними еще связано много загадок, например когда они возникли и могут ли возникнуть сейчас при распашке целинных земель, как долго мелиорированные солонцы сохраняют свое увеличенное плодородие и ряд других. Наиболее полное исследование засоленных почв провел советский ученый В. А. Ковда.

Подтип черноземо‑южных почв был сначала упомянут исследователем степных и полупустынных почв академиком Н. А. Димо, который выделил под этим названием черноземы, переходные к каштановым почвам. Но детальное описание южных черноземов было сделано в начале нашего века Б. Б. Полыновым при исследовании почв на территории нынешней Ростовской области.

В 50‑е годы были фактически заново открыты почвы пустынь. В этом главная заслуга принадлежит Е. В. Лобовой, сумевшей в трудных условиях пустынного климата и бездорожья выделить, описать и исследовать несколько типов пустынных почв, в том числе серо‑бурые и красно‑бурые.

Если определять время открытия почв по тому, когда их названия попали в научную литературу, то, пожалуй, одними из первых были тропические почвы – латериты. Так называл их английский ученый Ф. Буханан еще в начале XIX века. Это название произошло от латинского слова латер – «кирпич».

В. В. Докучаев первым определил приуроченность латеритов к тропикам, за пределами которых эти почвы встречаются только в ископаемом виде.

Исследование тропических почв в широких масштабах началось уже в нашем веке. Большой вклад в это дело внесли немецкий ученый П. Фагелер, американский – Г. Гаррасовиц, австралийский – Д. Прескотт, бельгийский – Р. Дюдаль, голландский – Ван Барен, французский – Г. Обер и многие другие.

В последние годы в порядке помощи развивающимся странам в изучении тропических почв участвуют советские почвоведы. В СССР С. В. Зонн выпустил учебник по тропическому почвоведению.

В настоящее время в тропиках выделяют латериты с конкреционным панцирем на поверхности, обогащенным окислами железа и марганца, и латеритные почвы как сборный термин для красноцветных почв. Последние сейчас называют ферраллитными, а в случае преобладания в их составе железа – ферритными почвами.

Одно время считали, что почвы субтропиков аналогичны почвам тропиков. Но детальные исследования показали, что субтропические почвы своеобразны. Одна из главных почв этой зоны – краснозем – была выделена известным ботаником, основателем Батумского ботанического сада А. Н. Красновым. Он заметил сходство батумских красноземов с почвами Китая и Цейлона, на которых растут чай и цитрусовые растения. Поэтому А. Н. Краснов использовал красноземы именно для этих ценных культур. После А. Н. Краснова красноземы описал В. В. Докучаев, а затем в уголок Аджарии вблизи Чаквы началось паломничество почвоведов.

Интересная история произошла с другой почвой субтропиков – желтоземом. Впервые это название употребил немецкий геолог Ф. Рихтгофен, описывая почвы на лёссе в Китае. И даже академик К. Д. Глинка одно время считал, что желтоземы, описанные Рихтгофеном, и желтоземы субтропиков Кавказа одинаковы. В учебнике почвоведения 1916 года, написанном П. С. Коссовичем, желтоземы упоминаются, как и белоземы (теперешние сероземы), в списке почв пустынного типа почвообразования.

Исследования К. Д. Глинки способствовали отделению субтропических желтоземов от лёссовых почв.

Географическое открытие пойменных почв тоже произошло сравнительно недавно. Пойменные почвы были известны давно, их плодородие высоко ценили в древней Халдее и Египте. Это наиболее старые культурные почвы. Многие из них обрабатываются уже десять тысяч лет. В. В. Докучаев считал эти почвы интразональными, то есть не связанными с какой‑либо зоной, а как бы секущими ее. Закономерности строения почвенного покрова пойм установил академик В. Р. Вильяме. Он выделил в пойме песчаные, слоистые и зернистые почвы, названные так по характеру отлагаемых водой наносов. Песчаные наносы связаны с самыми быстрыми скоростями движения воды. Это песчаные пляжи у самой воды, прирусловые валы. Сразу за прирусловыми валами и за пляжем идут слоистые наносы, где песчаные и глинистые слои перемежаются. В центре поймы отлагаются глинистые наносы, на них формируются зернистые, хорошо оструктуренные почвы. На основе идей Вильямса была построена развернутая классификация пойменных почв. Когда стали более подробно изучать поймы рек, текущих в меридиональном направлении, таких, как Волга, Дон, Обь, Енисей, то выяснилось, что картина почвенного покрова пойм значительно сложнее и хорошо прослеживаются зональность пойм и зависимость пойменных почв от климата.

В начале 60‑х годов Г. В. Добровольский создал новую классификацию пойменных почв, построенную на сугубо почвенных свойствах. Для части пойменных почв характерен контрастный режим увлажнения. Река залила пойму, и в центре ее в почвах идет болотный процесс.

Но вот река отступила, вода спала и в подтопленных почвах может идти луговой процесс и образуются высокогумусные оглеенные почвы. А в жаркий меженный период часть почв поймы пересыхает, и на них идет чистый дерновый процесс, или гумусонакопление. Эти три процесса в пойменных почвах были выделены и показано, что в разных зонах в результате взаимодействия трех процессов могут образовываться специфические для поймы каждой климатической зоны почвы.

Очевидно, именно сложность, богатство видов, изменчивость почвы как объекта исследования придают почвоведению ту многогранность методов, подходов, гипотез, которая привлекает и увлекает исследователей.

Часто какое‑нибудь явление замечает один исследователь, объясняет второй, находит ему применение третий, а определяет его место в общей мировой системе – четвертый. Найти явлению место в мире – значит классифицировать его. А эта задача отнюдь не самая легкая. Недаром человечество чтит классификаторов, создавших «вечные» системы: К. Линнея, Д. И. Менделеева и др.

В. В. Докучаев выработал основные принципы почвенной классификации. Выделение им почв основано на своеобразии почвенного профиля, типе его строения. Используя этот принцип, В. В. Докучаев показал связь типа профиля с природными условиями. На основании докучаевских идей П. С. Коссович, а затем К. Д. Глинка выделили типы почвообразования, которые объединили ряд типов почв В. В. Докучаева.

Докучаевский метод стал использоваться во всем мире, и по существу все имеющиеся сейчас в мире национальные и международные классификации почв опираются на принципы классификации Докучаева и классифицируют докучаевские почвенные типы.

В настоящее время требуют решения вопросы, связанные с иерархией почвенных таксономических единиц и с названиями почв. Открытие многих новых почв значительно усложнило докучаевскую классификацию даже в расширенном ее варианте, разработанном сначала Л. И. Прасоловым, а затем Е. Н. Ивановой, Н. Н. Розовым, В. М. Фридландом. Усложнение было связано с трудностью подбора названий для новых почв.

Сейчас используются самые разные принципы в наименовании почв: цветовые (серо‑бурые, серо‑коричневые), по процессам (псевдоподзолистые, дерново‑лесные), по условиям залегания (таежно‑мерзлотные) и т. д. В результате, например, под названием «бурые» сейчас описаны: бурые почвы полупустыни, бурые лесные, или буроземы Раманна, бурые кислые неоподзоленные, буропески и пр. Сейчас под одним названием в разных регионах можно встретить разные почвы, а под разными названиями – одну и ту же. Именно большое количество синонимов и омонимов в почвенных названиях и заставило почвоведов ряда стран взяться за создание новых классификаций.

В Советском Союзе принята классификация, разработанная Почвенным институтом им. В. В. Докучаева. Она используется многими почвоведами как основа. Ее дополняют (детализируют) с помощью систематического списка дополнительно выделенных почв. А систематика хотя и позволяет отличать почвы одну от другой, но обычно строится в специальных целях, для выполнения определенных задач. Не случайно на повестку дня поставлена задача создания «базовой» классификации, на основе которой можно будет строить все прикладные классификации.

Животные и почва

Чтоб видеть воочью:

Во славу природы

Раскиданы звери,

Распахнуты воды.

Э. Багрицкий

Чтоб видеть воочью: во славу природы раскиданы звери, распахнуты воды

За год до выхода в свет книги Докучаева «Русский чернозем» был опубликован труд Ч. Дарвина «Образование почвенного слоя дождевыми червями». Выдающийся натуралист, столь требовательный к фактам, в этой книге доказывал, что весь верхний гумусовый слой садовых и огородных почв Англии создан дождевыми червями, прошел через их кишечник, оструктурен ими. Поэтому, считал Дарвин, этот слой следует называть не растительной, а животной почвой.

Проблема была поставлена, и В. В. Докучаеву пришлось подробно остановиться на ней в книге «Русский чернозем». И если еще в 1879 году в работе «Картография русских почв» Докучаев определял почву как «продукт совокупной деятельности материнских горных пород, климата, растительности и рельефа местности», то в «Русском черноземе» в факторы почвообразования были включены и уже никогда не исключались животные организмы.

Докучаев приводит примеры энергичной деятельности животных. «Каждому известно, – пишет он, – что весьма многие животные: суслики, хомяки, ящерицы, мириады насекомых и червей и пр. кишмя кишат как на поверхности наших степей, так и в их почве». Он подтверждает вывод Дарвина о большом участии дождевых червей в жизни почвы и приводит данные, что на гектаре садовой земли можно насчитать до ста тридцати трех тысяч дождевых червей общим весом около четырехсот килограммов. Но Докучаев не счел возможным вводить понятие «животные почвы». Роль растений в почвообразовании неизмеримо выше. И название «растительно‑наземные почвы», по Докучаеву, лучше соответствует действительности. Можно говорить о животно‑растительных почвах, но мнение Дарвина об исключительной роли червей в создании гумусового горизонта почв, а тем более черноземов Докучаев считал ошибочным.

Животные и почва

Действительно, связь растений с наземными почвами повсеместна. Именно растения определяют поступление в почву органического вещества. Несмотря на большое количество особей самых разнообразных животных в почве и в биогеоценозе в целом, их масса составляет всего один процент от массы растений этого же биогеоценоза. Растения усваивают солнечную энергию, животные лишь трансформируют, преобразуют ее, теряя и тратя на себя при этом значительную часть энергии.

По составу растительного покрова почвовед сразу может предсказать, какую почву он встретит в данном месте. И взгляд на животных, как на обязательный, но в какой‑то мере второстепенный фактор почвообразования невольно утвердился у почвоведов. В большинстве монографий, посвященных описанию и исследованию отдельных типов почв, представители животного мира обсуждались лишь формально и не выявлялась их конкретная роль в почвообразовании. Еще в начале нашего века Г. Н. Высоцкий и Н. А. Димо поставили вопрос о роли животных и получили первые результаты. Однако эти наблюдения не дали необходимого мощного толчка. К тому же исследователи привыкли, что наземный биогеоценоз в первую очередь определяется совокупностью растений и невольно все изменения в почве связываются с изменением в растительном покрове. Но ведь почва – это центральное звено биогеоценоза, скрепляющее два «царства» – растений и животных в единый биогеоценоз. Поэтому многие свойства почвы только формально связаны с растениями. На самом деле эта связь происходит через животный мир биогеоценоза. Например, растительный опад, поступающий на поверхность почвы, становится средой обитания для тысячи разных животных, начиная от мышей и землероек до червей, личинок насекомых, самих насекомых, множества других членистоногих. Даже некоторые виды лягушек и жаб связаны в своей жизни с подстилкой. Все эти животные разрушают растительный материал, поедают опад, затаскивают его в почву, превращают опад сначала в подстилку, а затем в гумус. Часть растительного вещества попадает в почву: отмершие корни, подземные стебли. Часть вмывается в почву с дождевыми и талыми водами. Но основная масса подстилки и опада перерабатывается животными и микроорганизмами.

В 60‑х годах нашего века ученые всего мира взялись за планомерное изучение биосферы. Была разработана Международная биологическая программа. Началось детальное изучение наземных биогеоценозов. Исследовали состав растительного покрова, его массу, ее ежегодный прирост, отмирание и разложение растительных остатков. Учитывали количество разных химических элементов, поступающих в растения и возвращающихся в почву с спадом (биологический круговорот). В деталях изучали, какую часть биомассы биогеоценоза составляют корни, листья, стебли. Но даже при такой детальности исследований почти не было материалов по изучению роли животных в этом круговороте. Однако исследования по Международной программе резко изменили подход исследователей к роли животных в жизни биогеоценоза и в почвообразовании. Именно в эти годы началась успешная работа советской школы почвенных зоологов, основанной академиком М. С. Гиляровым и завоевавшей мировое признание. В 70‑х годах пришли к количественному измерению воздействия животных на биогеоценоз и почву.

Сразу выявилась неоднозначность влияния одного и того же животного в разных условиях. Например, если травоядные животные пасутся в биогеоценозах, для которых свойственна достаточная освещенность и благоприятная влажность почв, то, обкусывая при еде верхушки стеблей, животные способствуют более интенсивному кущению растений. Каждый новый стебель в этом случае вырастает в полноценное растение, и общая биомасса биогеоценоза увеличивается. В биогеоценозе с хорошей освещенностью и недостаточной влажностью почвы запасы фитомассы при пастьбе животных в конечном счете не меняются, и лишь при плохой освещенности и недостатке влаги в почве запасы фитомассы заметно снижаются.

Зная поведение фитоценоза при пастьбе животных в разных условиях, можно предсказать поведение гумуса в почве: в первом случае содержание гумуса может увеличиться, во втором – остаться без изменения, в третьем – уменьшиться.

Роль животных в почвообразовании еще больше, чем у растений, связана с их биогеоценологической деятельностью.

Академик С. С. Шварц считал, что эволюция организмов неразрывно связана с ролью их в биогеоценозе и с эволюцией самого биогеоценоза. Экосистема, биогеоценоз определяют устойчивость вида животных к разным неблагоприятным воздействиям, изменчивость их, и даже сама проблема происхождения жизни связана именно с первичной экосистемой: условия возникновения жизни были экологическим компонентом первой экосистемы.

Связь животных с почвой и участие их в почвообразовании могут быть различными. Животные живут в самой почве, на ее поверхности, над поверхностью почвы. Часть из них меняет образ жизни в зависимости от сезона, от стадий своего развития, от наличия корма. Другие ведут лишь один образ жизни. Ясно, что оценивать роль всех этих животных следует исходя из конкретных условий их обитания.

К животным, живущим в почве, в первую очередь относятся безпозвоночные, насекомые, дождевые черви и пр. Наибольшее количество данных накоплено о деятельности дождевых червей. Уже упоминалась отмеченная Дарвином роль червей в переработке почвы, Десятисантимстровый слой садовой почвы, развитой на карбонатной породе, по Дарвину, в течение десяти лет весь проходит через кишечник червей, обогащаясь гумусом, микроорганизмами, ферментами. Черви затаскивают в почву растительные остатки. Черви делают глубокие ходы в глубь почвы, по которым проникает вода и идут корни растений. Черви оструктуривают почву, создают мелкозернистую, обогащенную гумусом массу, которая устойчива к разрушающему действию воды. Обнаружено, что у некоторых почв как например, под байрачными лесами (леса, расположенные в балках), верхний слой чернозема целиком состоит из копролитов – комочков почвы, прошедших через пищевой тракт дождевого червя. Копролитовая структура гумусового горизонта этой почвы отличает ее от соответствующего горизонта обычного чернозема. Дождевые черви – главная причина роющей деятельности кротов, которые в поисках пищи (а черви – их главная еда) прокладывают свои ходы в почвенной толще.

Жужелицы – широко распространенные жуки, обитающие в верхнем слое почвы и на ее поверхности, как показали детальные исследования, накапливают в своем теле свинец. Если учесть, что жужелицы – хищники, то очевидна сложная трофическая связь, приводящая к такому накоплению.

Личинки двукрылых (различных мух и мушек, комариков и пр.) часто обитают в верхних почвенных слоях и участвуют в разложении подстилки. Они, так же как и черви, улучшают гумусовое состояние почвы, повышают выход гуминовых кислот, увеличивают содержание азота, аммонийных соединений, общую гумусированность. Под их влиянием нарастает мощность гумусового горизонта в начальный период его образования.

Безусловно, беспозвоночным животным сопутствует определенная микрофлора, которая усиливает ферментативную активность почв. Все беспозвоночные и их личинки прокладывают ходы, разрыхляя и перемешивая почву.

В почве обитают также некоторые виды млекопитающих. Это сурки, суслики, мыши, кроты, землеройки, хомяки и многие другие.

Их воздействие на почву весьма заметно. Кроты перемешивают почву, выбрасывают на поверхность материал из нижних горизонтов. Масса таких выбросов может составлять шестьдесят тонн на гектар. Аналогично кротам ведут себя слепыши, живущие во влажных, гидроморфных почвах степей, в лугово‑черноземных, лугово‑каштановых почвах по балкам. Они также выбрасывают почву на поверхность и перемешивают верхние горизонты, но в отличие от кротов они питаются растениями.

В Северной Америке живут гоферы, семейство мешетчатых крыс. Они в основном питаются орехами, кореньями, которые затаскивают в свои норы на глубину полутора метров. На поверхность почвы гоферы, как кроты, выбрасывают материал из более глубоких горизонтов. Гоферы способствуют углублению почвенной толщи, более глубокому проникновению корней растений.

Роль сурков и сусликов в почвообразовании может достигать больших масштабов и быть двойственной. Живя в степях, они роют глубокие норы и выбрасывают на поверхность почвы материал, частично обогащенный карбонатом кальция и разными растворимыми солями. По данным зоологов и почвоведов, выбросы сусликов на поверхность способствуют увеличению содержания солей в верхних слоях окружающей нору территории. Это ухудшает почву, снижает ее плодородие. Но поскольку суслики долго живут на одном месте и устраивают в почве целую систему нор, ходов, то, после того как этот участок забрасывается сусликами, он начинает оседать, образуется западина, в которую стекает вода, и в конечном счете может образоваться большая впадина с более плодородными, чем окружающие, почвами, часто темноцветными.

Особое место в почвообразовании занимают мышевидные грызуны, лемминги, полевки и пр. Они устраивают норы, тропы на поверхности почвы от норы до норы, тоннели и в подстилке и в верхних слоях почвы. У этих животных есть «туалеты», где почва изо дня в день обогащается азотом и подщелачивается. Мыши способствуют более быстрому измельчению подстилки, перемешиванию почвы и растительных остатков. В тундровых почвах главную роль играют лемминги, в лесных – мыши и кроты, в степных – слепыши, суслики, сурки.

Словом, все живущие в почве животные так или иначе разрыхляют, перемешивают ее, обогащают органическим веществом, азотом.

Лисицы, барсуки, волки, соболи и другие наземные животные устраивают в почве убежища – норы. Бывают целые колонии животных‑норников, существующих на одном месте в течение нескольких столетий, а иногда и тысячелетий. Так, было установлено, что нора барсука около Архангельска возникла на границе раннего и среднего голоцена, то есть восемь тысяч лет назад. Под Москвой возраст норы барсука превышал три тысячи лет. Таким образом поселения животных‑норников могут быть основаны ранее даже таких древних городов, как Рим.

За долгий период существования нор можно предположить самые разные влияния животных на почву. Например, изменение состава растений около нор. Зачищая норы, животные многократно погребали почвенные гумусовые горизонты, поэтому раскопка нор позволяет проследить историю биогеоценоза в течение значительного отрезка времени.

Многие не роющие нор животные оказывают как прямое, так и косвенное влияние на почву. Например, кабаны. Они перекапывают верхний слой, перемешивают подстилку и гумусовый горизонт, примешивают к гумусовому материалу субстрат более глубокого горизонта: подзолистого или с меньшим содержанием гумуса. Через год эти порой зарастают травой и становятся незаметными. Но свою биогеоценотическую роль они играют: по пороям происходит осеменение растений, обновление их популяций, возобновление деревьев.

Кабаны устраивают ночлег в укромных местах, в болотцах, в небольших лесных ручьях, в густых травах. При этом они уплотняют почву, способствуют возобновлению деревьев и оказывают всякие «мелкие услуги» лесным растениям, удобряя их, помогая в борьбе с конкурентами.

В почвах, перерытых кабанами, обычно в первый год уменьшается содержание органического вещества в слое до пяти сантиметров и увеличивается в слое пять – десять сантиметров. Кабаны создают в лесах особую экологическую нишу для деревьев, трав, животных. Иногда под влиянием кабана образуется более гумусированная, более рыхлая почва, иногда более оголенная. Случайное их распределение в пределах биогеоценоза не снимает их важной роли в его жизни. Кабаны могут служить причиной появления новой парцеллы на данном месте, а следовательно, новой почвы.

Другие крупные животные (лоси, олени) в меньшей степени влияют на почву, почти не нарушая ее. Но они часто объедают осину, обгрызая ее кору, скусывают верхушки у молодых сосен и елей. Эти действия сначала могут повлиять на растительный покров, а затем и на почвенный.

Некоторые исследователи тропических районов считают, что такие животные, как слоны, участвуют в многолетнем цикле, способствуя превращению тропического леса в саванну – сначала они уничтожают кустарники, подлесок, а затем и сами деревья. Из саванны слоны уходят, когда им не хватает пищи. После пожара, часто случающегося в саванне, она снова зарастает лесом. Ясно, что в этом цикле меняются и сами почвы и ряд их свойств (кислотность, содержание гумуса и т. п.).

Совершенно неожиданное влияние оказывают на почву тигры и медведи.

Тигры в нашей стране встречаются в основном в Уссурийском крае и приамурской тайге. Одна деталь поведения тигра имеет прямое отношение к почве. Тигр бродит на определенной территории по своим излюбленным тропам, часто проходя расстояния в несколько десятков километров. Время от времени он, как кошка, скребет лапой почву у самой тропы. При этом, конечно, сдираются трава, подстилка, обнажается разрытый когтями верхний слой почвы. Через определенное время соскреб, как называют это место зоологи, зарастает, и почва на нем, как и на порое кабана, обогащается органическим веществом и может также служить новой экологической нишей для возобновления растений.

Свои наблюдательные пункты и места отдыха тигры в Сихотэ‑Алине устраивают на площадках, расположенных в высоких скалах, обычно с хорошим обзором. На этих площадках создается совершенно специфический комплекс растений, и почвы на них обычно малоразвиты и слегка уплотнены.

Не менее интересна роль медведя в процессах почвообразования. Медведь не роет берлоги, он находит для нее лишь подходящее место под вывалом дерева, под корнями и т. д. В этом смысле он не влияет на почву. Роль его в почвообразовании косвенная. Медведи прокладывают серию троп вдоль берегов рек, заросших высокой травой и кустарниками и трудно проходимых. Эти тропы используют затем другие животные, в том числе травоядные, для поиска пищи. Постепенно благодаря выпасу меняется растительность прибрежной части, иногда она зарастает лесом. А со сменой биогеоценоза, как всегда, происходит смена почв: дерновые сменяются лесными, дерново‑подзолистыми или иными, аналогичными первым.

Медведи разрывают муравейники, что, конечно, вредно для леса: уничтожаются враги всяких лесных вредителей. Но этот вред не так уж велик, поскольку в естественном лесу муравейников достаточно. Часто муравейники возобновляются на том же месте, а иногда рыхлая подстилка из хвои и веток долго остается безжизненной, не зарастая травой после гибели лесного муравейника.

Охотясь за гоферами, медведи раскапывают их ходы и норы, что сопровождается разрыхлением почвы, увеличением впитывания воды, усилением гумусообразования. Скусывая верхушки ягодных побегов, медведи способствуют разрастанию ягодников и сохранению соответствующих им почв. Роль медведя в поддержании ягодников, очевидно, значительно важнее, чем это кажется на первый взгляд. Некоторые семена, пройдя через желудочный тракт медведя, теряют свою всхожесть, однако другие, наоборот, становятся более всхожими. Таким образом, медведи регулируют напочвенный покров, что соответственно передается и почвенному.

Медведи, как и волки, нужны для регулирования поголовья травоядных животных. Словом, роль медведя в биогеоценозе достаточно велика.

Птицы, насекомые, некоторые млекопитающие, например белки, куницы и т. п., составляющие большую часть биогеоценоза, обитают над почвой. Часть этих животных постоянно ведет древесный образ жизни, почти не спускаясь на землю. Но некоторые, как, например, белки, спускаются и устраивают в почве кладовки для своих запасов (орехов, семян). Весной нетронутые запасы прорастают и способствуют рассеянию растений. Аналогичную работу выполняет кедровка. На Камчатке кедровка собирает кедровые орехи в кедровом стланике, который растет в горах на высоте восемьсот – девятьсот метров над уровнем моря. Конечно, кедровка ест и семена трав, и рябину, но орехи для нее основной корм. На зиму кедровка устраивает запасы, закапывая в почву кедровые орешки, при этом очень часто эти запасники она делает в долине реки Камчатки, а не в горах, очевидно, из‑за глубокого снежного покрова. Но если запасы окажутся нетронутыми, то весной они прорастают, и среди лиственничного леса образуется куртина кедрового стланика. Под стлаником в свою очередь формируется торфянисто‑грубогумусная почва.

Особо следует отметить роль насекомых в биогеоценозе. Они опыляют растения, служат пищей другим животным, являясь звеном трофической цепи, разлагают органические субстраты: опад, подстилку, упавшие стволы деревьев. Насекомые ускоряют круговорот веществ в биогеоценозах. О личинках насекомых, живущих в почве, уже говорилось. Но и те, что живут над землей, могут оказать существенное влияние на почву. Часть насекомых – это так называемые фитофаги. Они питаются зеленой листвой растений. Есть ксилофаги, питающиеся древесиной.

Интересна деятельность листовертки дубовой, широко распространенной в наших лиственных лесах. Бабочка листовертки откладывает летом яички, из которых весной появляются гусеницы. Гусеницы питаются дубовыми листьями, свертывая их в трубочку (с этим связано название насекомых). В июне гусеницы окукливаются и затем из куколок вылетают бабочки. В начале июня распускаются листья дуба, и бывают годы, когда вся листва на дубах оказывается съеденной листоверткой. Дубовые леса стоят голые, как осенью. Но срабатывает природный механизм, и уже в июле дубы снова одеты листвой, при этом листья второго поколения обычно бывают более крупными, больше первого в два‑три раза. Возможно, это результат того, что деревья получают удобрения в виде экскрементов листоверток. Исследования показывают, что общая масса листвы лишь процентов на десять меньше, чем масса листвы в нетронутых листоверткой лесах. Экскременты листовертки обогащают почву доступными формами азота, ферментами и гумусовыми веществами. Общее количество углерода, поступающего в конечном счете в почву, остается тем же. И хотя во время самой активной деятельности гусениц листовертки лес производит гнетущее впечатление – деревья стоят голые и слышен постоянный шорох – гусеницы поедают листья, в конечном счете листовертка ускоряет круговорот вещества в биогеоценозе.

Особое место в лесных, тундровых, болотных и пойменных биогеоценозах занимают комары. Они тоже опыляют растения, служат пищей для птиц и других насекомых, в частности стрекоз. Они концентрируют в себе некоторые микроэлементы, например молибден, и обогащают ими почву, чем стимулируют поглощение азота из атмосферы.

Многие другие не названные здесь животные влияют на почву и биогеоценоз в целом. В пустынях и полупустынях, например, муравьи выносят на поверхность несколько тонн почвенного материала из нижних горизонтов.

Специфична жизнь термитов. Они обитают в глубоких слоях почвы почти всю жизнь, питаются грубой клетчаткой, строят специальные пирамиды и тоннели.

Осы и шмели, роя норы, меняют свойства почв, влияют на впитывание воды почвой, на ее плотность.

Многообразие связей животных и почв требует исследований, и на этом пути ученых ждут интересные открытия. Очень важно знать обратную сторону связи: как почвы влияют на животных. Раньше этими вопросами занимались экологи и зоологи, изучающие условия жизни животных. Но многие вопросы были бы яснее, если бы ими занимались и почвоведы.

Биогеоценотический подход требует изучения всех многообразных связей в биогеоценозах, поэтому так важна почвенная зоология, вскрывающая роль почвы в природной системе.

Биогеоценотический метод позволяет подойти к еще одной важной проблеме современной науки – происхождению жизни. Существуют три научные гипотезы о происхождении жизни. Одна из них связана с почвой. Наиболее распространена и признана гипотеза Н. Н. Худякова – А. И. Опарина. Н. Н. Худяков, профессор микробиологии и физиологии растений Тимирязевской академии, в 20‑х годах высказал и развил мысль о возникновении жизни в «первичном бульоне», образовавшемся в теплом океане нашей планеты. Последователи этой гипотезы считают, что жизнь зародилась именно в океане: в воде или же в морской пене (откуда появилась Афродита), где были самые благоприятные условия для синтеза жизни. Водная гипотеза была развита А. И. Опариным и получила широкую известность.

В последние годы вулканолог Е. К. Мархинин выдвинул вулканическую гипотезу происхождения жизни. Он установил, что при извержении вулканов в газовом облаке образуются разные аминокислоты, синтезируются другие органические вещества. В газовом вулканическом облаке заключены громадные запасы энергии, которая может способствовать синтезу веществ типа нуклеиновых кислот.

Но еще раньше, в 30‑х годах, академики Н. Г. Холодный и затем В. Р. Вильямс высказали гипотезу о зарождении жизни в почве, точнее – в рыхлом субстрате, продукте выветривания горных пород. Вильяме назвал его рухляком выветривания. В пользу этого предположения можно сказать, что жизнь как система самовоспроизводящихся единиц, которые строят себя из материала, поступающего в ограниченном количестве всего надежнее могла бы образовываться на почвенной частице, почвенной матрице, как сейчас на ней формируются полимеры гумусовых веществ. Если эта гипотеза справедлива, то можно считать, что жизнь и почва на нашей планете возникли одновременно.