Разговор о почвоведении

Земля, поросшая травой,

Какое это чудо!

И запах мяты луговой

Неведомо откуда.

А. Жигулин

Земля, поросшая травой, какое это чудо!

Бывало так, что наука начиналась с решения какой‑то практической задачи, поставленной перед человеком. Сначала находились частные решения, а затем создавалась система «рецептов». И лишь после этого происходило создание научной дисциплины. Например, логичная, до сих пор поражающая своей стройностью геометрия Евклида возникла сначала как метод, способ решения таких практических задач, как межевание земельных участков, строительство сооружений, в том числе и пирамид. То же самое можно сказать о металлургии. Вначале (от первого бронзового ножа) металлургия была, скорее, искусством, чем наукой. Бронзовые и стальные клинки разных мастеров и из разных стран ценились далеко не одинаково на международном рынке. Но лишь в XIX веке металлургия и родственная ей наука – металловедение стали самостоятельными научными дисциплинами, которые теперь изучаются в вузах всего мира.

Можно привести примеры возникновения науки, научной дисциплины другим образом – на основе фундаментального научного открытия. Например, в восьмидесятых годах прошлого века немецкий ученый Г. Герц открыл радиоволны, в это же время английский ученый Крукс обнаружил катодные лучи, которые появляются при пропускании тока по проволоке в вакууме или разреженном газе. В 1895 году А. С. Попов изобрел радио, а в 1907 году американский изобретатель Ли де Форест создал электродную лампу, в которой был использован принцип катодных лучей Крукса для усиления сигнала, получаемого от радиоволн. И это открытие обусловило развитие электроники, а затем и кибернетики.

Аналогичный путь прошло и почвоведение. Сначала в течение нескольких тысячелетий существовали лишь разные системы рецептов для обработки почв и получения на них высоких урожаев.

И лишь в XIX веке почвоведение возникло как наука. Родилось оно в недрах геологии. В университетах почвоведение долго существовало в качестве научной дисциплины как часть геологии, изучающая изменение поверхностных пород Земли. Еще тридцать пять лет назад почвоведение в Московском университете изучали на геолого‑почвенном факультете. «Геологический» генезис почвоведения сразу позволил В. В. Докучаеву выделить почву из совокупности других природных тел. Именно геологический подход позволил воспринять почву как особое природное образование.

Одновременно почва интересовала и ученых, непосредственно занимающихся сельским хозяйством. Но в этом случае почва изучалась как среда обитания растений. Не случайно первый курс почвоведения был создан П. А. Костычевым на базе лекций, прочитанных им

в Земледельческом (затем переименованном в Лесной) институте. Первый курс почвоведения на иностранном языке был написан Э. Раманном для лесоводов и назывался «Лесное почвоведение». В обоих курсах преобладал прикладной аспект почвоведения – разбиралась роль почвы как среды обитания растений. Это очень важный раздел почвоведения, но он далеко не исчерпывал все значение почвы в жизни природы.

Первая кафедра почвоведения также возникла в сельскохозяйственном институте – в Новоалександрийском, теперь академии в Пулавах (Польша). Там была организована кафедра почвоведения под заведованием ученика Докучаева – Н. М. Сибирцева. Профессор Сибирцев и создал первый научный курс почвоведения, где роль почвы рассматривалась всесторонне и почвы изучались и показывались как природное тело. Долгое время наряду с кафедрами почвоведения на геологических факультетах университетов существовали кафедры почвоведения в лесных и сельскохозяйственных институтах. Получалось, что почвоведение одновременно было отраслью геологии, сельского хозяйства и лесоводства.

При этом, конечно, как и любая другая наука о природе, почвоведение использовало достижения других наук, фундаментальные законы, установленные физикой и химией, достижения геологии, биологии, климатологии и др.

Возникновение и становление почвоведения как науки, по словам Б. Б. Полынова, произошло в Петербургском университете. Но, увлеченные исследованиями этого нового природного образования, почвоведы не сразу заметили, что почва относится к двум группам природных тел, ранее не изучавшихся в науке: во‑первых, к биокосным телам и, во‑вторых, к такой категории природных тел, для которых характерно «профильное» изменение их строения и состава. Это изменение идет обязательно под воздействием окружающей среды. Начиная от границы с окружающей средой и до какой‑то глубины намечаются схожие для этих тел изменения свойств: появляются какие‑то новые признаки и исчезают признаки, свойственные исходному телу. Например, для почвы это можно пояснить так: в поверхностном горизонте накапливается гумус и одновременно исчезают некоторые растворимые соединения и минералы. Поэтому почва делится на горизонты, отличающиеся по своему составу и свойствам. Кроме того, происходит изменение их структуры и состава. К указанной группе тел следует отнести коры выветривания, лунный реголит и многие другие тела.

Закономерности изменения почвы под действием окружающих условий помогают лучше понять все те процессы, которые определяются воздействием среды обитания.

Из сказанного вытекает возможная связь почвоведения с рядом других наук, изучающих изменение тел под влиянием окружающих условий. Многие достижения почвоведения окажутся полезными для тех, кто изучает коррозию, занимается охраной памятников и т. п.

Но не только зарождение почвоведения как науки и особенности почвы как особой группы образований обусловливают место почвоведения среди других наук о природе. Возникновение почвоведения усилило представления о целостности природных систем, о связи разных природных компонентов в одном целом. Докучаев заметил, что наука его времени изучала главным образом отдельные тела: минералы, горные породы, растения, животных, но не их соотношения, не ту генетическую вековечную и всегда закономерную связь, какая существует между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой. Созданное им почвоведение Докучаев поставил «в центре этого нового познания природы». Сейчас мы бы сказали, что изучение почв лежит в области исследования биосферы в целом, которым занимаются такие отрасли науки, как биогеоценология, геоботаника, ландшафтоведение, биогеография и др.

В предыдущих главах обсуждалась роль биогеоценологии в изучении биосферы (напомним, что биогеоценология изучает те сообщества живых организмов и связи между ними и окружающей их средой, которые формируются в разных климатических зонах биосферы). Геоботаника изучает строение растительного покрова и его связь с условиями обитания. Более широкое поле деятельности – у ландшафтоведения. Эта область науки изучает закономерности распределения биогеоценозов на поверхности Земли, связи между всеми компонентами ландшафта.

Обычно к ландшафту относят территорию, выделяемую по ее внешним особенностям. Даже одно из определений ландшафта звучит так: ландшафт – изображение некоторого пространства, как оно видится в перспективе. Иногда к ландшафту относят обозримую поверхность Земли, иногда – территорию с характерными взаимосвязями природных и культурных форм.

Одним из основателей ландшафтоведения помимо Докучаева был другой известный почвовед, ученик Докучаева, академик Б. Б. Полынов. Б. Б. Полынов выделил понятие «элементарный ландшафт», к которому он отнес пространство, образованное однородной почвой со свойственным ей определенным растительным сообществом, однородным составом и состоянием приземного слоя атмосферы и одним климатом и микроклиматом. Это определение очень напоминает определение биогеоценоза, данное академиком В. Н. Сукачевым: биогеоценоз – совокупность на известном пространстве земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горных пород, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий). Независимо от сходства этих понятий важно другое: в обоих случаях почва служит одним из важных признаков целостности этих природных систем.

Такая связь почвы с ландшафтом позволила определить ее как элемент, без которого ландшафт немыслим. Почва определяет растительный покров и сама зависит от растительного покрова, а взаимодействие этих двух элементов в условиях данного рельефа и создает лицо ландшафта.

Но почва не только элемент ландшафта. Она, как сказал один из ученых,– сердцевина ландшафта. Очевидно, в этом определении оценивается реальное положение почвы среди других элементов ландшафта. А к ним следует отнести геологическую породу, на которой формируются почвы, и грунтовую воду.

А. А. Роде называет грунтовые воды одним из факторов почвообразования. Они отражают все особенности рельефа, но не всегда. Часто они залегают несколько независимо от рельефа. Почва, залегающая между грунтовыми водами, а также материнской породой, с одной стороны, и растительным покровом – с другой, действительно сердцевина ландшафта. В этой «сердцевине» находят убежища самые разные животные, там распространены корни растений, там хранятся питательные вещества, необходимые растениям. Почва регулирует ландшафт, предохраняет его от исчезновения, помогает восстанавливаться после разных неблагоприятных воздействий.

И наконец, почва – зеркало ландшафта. Это выражение ведет свое начало от Докучаева. Он первый сказал, что почва – зеркало окружающих условий (следовательно, зеркало ландшафта). Но конечно, этот афоризм нельзя понимать буквально. Во‑первых, почва – зеркало не только современного ландшафта, но и тех ландшафтов, которые были здесь раньше. Во‑вторых, почва, конечно, отражает ландшафт не как зеркало. Это метафора. В последнее время ведется много споров, адекватно ли это отражение или нет. Обычно под адекватностью понимают два свойства явлений. В узком смысле адекватность – это тождество двух явлений одного класса: тождество двух деревьев, двух предметов. Например, отражение в зеркале адекватно, тождественно своему прототипу. В этом смысле нельзя говорить о почве как об адекватном отражении окружающих условий. Она, скорее, может быть адекватной, тождественной другой почве, развивающейся в таких условиях.

Но есть и другой, более широкий смысл в этом слове: соответствие. Почва соответствует данным условиям. На этом соответствии построено изучение почв в природе, и, надо сказать, оно очень хорошо помогает в исследованиях почв при их картировании и т. д.

Свойство почвы отражать воздействие окружающих условий – факторов почвообразования можно сравнить со способностью знаменитого портрета Дориана Грея из романа Оскара Уайльда: портрет отражал все, что случалось с Дорианом, в то время как сам Дориан Грей не менялся, оставался молодым. Нам кажется, что окружающие условия не меняются, климат, рельеф остаются прежними, а почва отражает в себе, «записывает» все события в жизни ландшафта и биогеоценоза и меняется в соответствии с этими событиями. Но расшифровать эти связи очень трудно.

Конечно, одно и то же свойство почвы может быть связано с разными факторами, и по одному образцу, а тем более по одному свойству нельзя судить о почве. Например, в руки исследователя попал образец по своему виду – из верхнего горизонта почвы, содержащий пять процентов гумуса. Если судить только по этому свойству, то образец может относиться и к дерновой, и к луговой, и к дерново‑подзолистой почвам, а также к серой лесной, каштановой (темно‑каштановой), чернозему. Но уже анализ кислотности почв поможет исключить ряд возможных вариантов. Поэтому соответствие почв и окружающих условий можно оценивать только по комплексу свойств. И в этом отношении почва действительно хороший индикатор окружающих условий.

Но, как заметил Докучаев, почва – зеркало местного настоящего и прошедшего климатов и, конечно, настоящего и бывшего здесь ранее ландшафтов. Поэтому почва обладает свойствами, связанными с историей развития ландшафта. Например, наша среднерусская полоса, где, как говорил А. П. Чехов, все пейзажи «левитановские», когда‑то была тайгой. Остатки этой тайги сохранились еще в заповедниках, например в Центрально‑Лесном, которому в 1981 году исполнилось пятьдесят лет.

Более полутора тысяч лет земледельцы интенсивно меняли таежные ландшафты. Они выжигали леса, устраивали пашни, сенокосы. Часть угодий снова забрасывалась под леса, часть уже более тысячи лет находится в сельскохозяйственном пользовании. Ясно, что история каждого поля может сказаться на свойствах его почв. Поэтому, если даже почвы сегодня существуют в одинаковых условиях, это не значит, что они должны быть полностью тождественны одна другой. Разная история может оставить разный след на этих почвах.

Работы Биогеоценологической экспедиции Московского университета в среднерусской полосе показали всю сложность оценки почвы по отражению условий ландшафта. В заповедных местах, где леса сохранили свой таежный облик, исследователя поражает многообразие почв, богатство красок у почвенных горизонтов, присутствие в одном профиле участков разной окраски, сложения, структуры. Цвет подзолистого горизонта в этих почвах колеблется от бурого до палевого, серого или белесого (отбеленного). В то же время на пашнях почвы сохранили более светлый оттенок нижней части пахотного слоя и потеряли всю палитру красок естественных почв. Столетние леса, выращенные на пашне, усиливают разнообразие почвенных горизонтов. Но и через сто лет в них еще виден (заметен по цвету) пахотный горизонт. В чем же дело? Климат на протяжении нескольких веков был постоянным, растения не менялись, но почва отражала все те многообразные и небольшие события, которые происходили с данным ландшафтом. Задача почвоведения – научиться расшифровывать происходившие явления.

Конечно, знать особенности жизни и развития почвы и ландшафта в целом человеку надо не только для понимания законов этой жизни и путей эволюции. Хотя знание этих законов необходимо, если человек хочет рационально использовать биосферу. Но вот вопросы использования ландшафтов, проблемы создания оптимальных ландшафтов в каждой природной зоне сейчас являются ключевыми. И решение Продовольственной программы и Программы по охране окружающей среды требуют в первую очередь знания закономерностей жизни ландшафта.

Часто под оптимальным понимают ландшафт, обладающий максимальной продуктивностью. И в этом направлении очень долго устремлялась вся энергия человека. Три фактора определяют продуктивность ландшафта: плодородие почв, типы биогеоценозов и погодные условия. Человек довольно быстро сумел перестроить типы биогеоценозов и научился создавать вместо естественных искусственные биогеоценозы с необходимой продуктивностью и с выходом нужной ему продукции. Так были замещены лесные и степные биогеоценозы полями пшеницы, свеклы и другими угодьями – садами, огородами. Ландшафты многих стран с развитым хозяйством (если не всех стран вообще, где сельское хозяйство – одно из главных звеньев в народном хозяйстве) – результат искусственного изменения природных ландшафтов. И даже те леса и рощи, которые кажутся нам остатками росших здесь ранее лесов, на самом деле измененные деятельностью человека биогеоценозы, но иногда развивающиеся по законам, свойственным естественным лесам.

Заменять один тип биогеоценоза другим человек научился. Умеет он сохранять и увеличивать плодородие почвы. Внесение удобрений позволяет снабжать растение всеми необходимыми ему питательными веществами. Системы удобрений сейчас разработаны для всех основных сельскохозяйственных растений на самых разных почвах и при самых различных климатических условиях. Хуже дело обстоит с погодой. Отмечается следующий парадокс. Человек лучше преодолевает последствия неблагоприятного климата, чем неблагоприятную погоду. Действительно, если сельское хозяйство ведется в засушливой зоне, то земледелец уже давно не ориентируется на то, будет дождь или нет: он организует орошение почв, строит оросительные системы и, пока есть источник воды – реки, пресные грунтовые воды, опресненная морская вода, – ему не страшен засушливый климат. Точно так же обстоит дело и с избыточным увлажнением: осушая почвы, человек побеждает и это зло. Значительно хуже обстоит дело там, где в обычные годы без всякой мелиорации можно получить хорошие урожаи, но в отдельные годы могут быть или катастрофические засухи вроде той, что стояла в среднерусской полосе в 1972 году, или же годы избыточного увлажнения, когда все посевы вымокали в том же районе, как в 1973 году. Поэтому одна из главных задач современной науки, вернее, комплекса наук о Земле – научиться управлять погодой.

Интересен такой исторический факт. Первая техническая попытка изменить погоду была сделана, если верить мемуарам знаменитого золотых дел мастера и скульптора XVI века Бенвенуто Челлини, именно этим деятелем итальянского Возрождения.

Третьего ноября 1538 года, когда герцогиня Оттавио въезжала в Рим, начался дождь. Челлини навел несколько крупных артиллерийских орудий в ту сторону, где «тучи были всего гуще и уже начал поливать сильный ливень». Челлини сделал несколько залпов, и дождь перестал, а после четвертого залпа показалось солнце, и праздник въезда герцогини прошел отлично.

Надо сказать, что метод артиллерийского обстрела туч специальными снарядами, содержащими соли серебра, применяется сейчас для борьбы с градом. Но это средство эффективно в том случае, если точно распознается туча, несущая град. Рассеивая соли серебра в воздухе с самолета, иногда удавалось вызвать конденсацию паров воды и создать сначала облака, а потом заставить их пролиться дождем. Но все эти попытки управления погодой еще находятся на самой ранней стадии. Поэтому так важно для получения стабильных высоких урожаев построение мелиоративных систем двустороннего действия: когда надо – по этой системе поливают почву, когда требуется осушить – осушают. И в решении всех проблем, связанных с получением урожая, в исканиях всех наук, связанных с изучением биосферы: мелиорации, агрономии, лесоведении, климатологии, метеорологии, необходимы знания почвоведения.

Почвоведение используется еще во многих областях народного хозяйства, на него опираются и другие науки и научные дисциплины. Знание почвоведения необходимо при строительстве дорог, водохранилищ, промышленных и хозяйственных объектов, в археологии и криминалистике, в проектировании парков и заповедников. Санитарные и эпидемиологические станции в своей работе опираются на достижения почвоведения, на сведения о таких свойствах почвы, которые обладают способностью убивать те или иные микроорганизмы и других патогенных животных, способствовать закреплению или обезвреживанию токсических веществ и т. д.

Системы очистки сточных и промышленных вод, работы по рекультивации земель, нарушенных поисками и разработками рудных ископаемых, – вот еще одна область применения почвоведения.

Не случайно такое многообразие научного и практического применения отразилось в появлении специальных учебных курсов: лесное почвоведение, мелиоративное почвоведение, почвоведение для сельскохозяйственных вузов, почвоведение для университетов и т. д. Правда, инженерное почвоведение, знание которого необходимо для строительства, получило еще в двадцатых годах статус самостоятельной дисциплины и новое название: сначала грунтоведение, а затем инженерная геология. При разделении геологии и почвоведения грунтоведение осталось на геологическом факультете, но родственные связи его с почвоведением и общность происхождения видны невооруженным глазом: многие кардинальные вопросы почвоведения решаются обоими разветвлениями этой науки.

Задачи указанных выше специальных областей почвоведения, например мелиоративного и лесного, настолько разные, что уже нельзя быть в равной мере специалистом в обеих областях. Поэтому подготовка почвоведов с тем или иным уклоном (почвовед‑мелиоратор, лесной почвовед, агропочвовед) – веление времени. И в то же время все прикладные научные разделы опираются на фундаментальные положения общего почвоведения, единого в своей сути.

Есть еще одна особенность в разделении почвоведения на отдельные дисциплины. Наряду с делением «по отраслям» существует деление по свойствам почв, изучаемых почвоведами, по методам изучения. Так, выделяются самостоятельные кафедры и разделы почвоведения: химия почв, физика почв, минералогия почв, география почв, генезис почв, классификация почв, технология почв, биология почв.

Именно по этим признакам образованы и комиссии при Международном и Всесоюзном обществах почвоведов. Именно такая специализация часто оказывается удобной для подготовки специалистов, для детального изучения почв, для организации почвенных исследований.

Иными словами, как и во многих других науках, в почвоведении уже давно намечается специализация как по области приложения результатов почвенных исследований, так и по особенностям изучения почвы как природного тела.

А так как почва входит в другие, более сложные природные системы, то все науки, изучающие эти природные системы, включают почвоведение как составной элемент этой новой научной дисциплины, будь это биогеоценология или ландшафтоведение. Почвоведение не теряет там своего лица, просто его методы и достижения позволяют точнее оценить состояние и пути развития биогеоценоза или ландшафта. Так же как физика и химия помогают почвоведению изучать почву, так и почвоведение помогает другим наукам изучать биосферу.

Вопрос о направлениях исследований, о прикладных и фундаментальных исследованиях в наше время, когда на науку тратятся колоссальные средства, имеет большое значение. Иногда необходимо сосредоточить все внимание на решении фундаментальных проблем, часто приходится уделять внимание прикладным.

Академик Л. И. Прасолов считал, что почвоведение относится к фундаментальной науке, достижения которой имеют важное прикладное значение. И сегодняшняя практика подтверждает правильность взглядов Прасолова. Почвоведение действительно становится фундаментом, как мы уже неоднократно говорили, науки о биосфере.

Совершенствуются научные приборы, открываются новые методы исследований, все больше переплетаются науки, ранее, казалось бы, не связанные друг с другом. Так, океанологи долго не изучали достижений почвоведов, как, впрочем, и почвоведы не касались проблем океанологии. И вдруг выяснилось, что донные отложения во многом похожи на почвы и вполне подходят под понятие «субаквальные почвы». Многие процессы, происходящие на дне океана, напоминают почвенные процессы и даже тождественны им. Миграция веществ в почве в конечном счете связана с накоплением отложений в океане и т. д.

Когда‑то немецкий врач М. Петтенкофер выдвинул теорию, что распространение эпидемий разных болезней связано с почвенно‑климатическими условиями. Он даже отвергал бактериологию, так успешно развиваемую Л. Пастером, и пытался опровергнуть теорию Л. Пастера и Р. Коха о микробной природе множества болезней. Но успехи микробиологии на какой‑то период отодвинули идеи Петтенкофера о важности почвы как экологической среды для возбудителей болезней. Сейчас намечается новый контакт между почвоведением и бактериологией в целях выявления условий развития разных патогенных организмов в почвах.

Перечень подобных связей почвоведения с разными науками можно увеличить. Главное в том, что во всех этих связях почвоведение выступает как одна из фундаментальных наук о природе.

И изучение почвы как одного из интереснейших природных образований необходимо человеку для того, чтобы успешно развивать производство сельскохозяйственных продуктов, для того, чтобы создать оптимальный – красивый, удобный для жизни – ландшафт, для того, чтобы замедлить наступление пустынь, и для решения множества других задач.

Почва заслуживает того, чтобы ее внимательно и детально изучали. Как сказал еще Лукреций:

«...Очевидно, заслуженно носит

Матери имя земля, потому что сама сотворила

Весь человеческий род и в урочное время извергла

Всякого рода зверей, по нагорным резвящимся высям,

И одновременно птиц всевозможных, летающих в небе...»

Зеркало ландшафта

В книге в популярной форме рассказывается о почве ‑ ее жизни, происходящих в ней процессах, различных свойствах почв и главном из них ‑ плодородии, о месте и значении почвы в биосфере Земли. Речь идет также о географическом распространении разных видов почв, о роли воды и животных, деятельности человека и других факторах, влияющих на почву. Автор освещает и некоторые актуальные проблемы почвоведения.