Принципи класифікації ґрунтів

Територія України складає 603 тис.км². Її довжина з заходу на схід складає 1316 км, а з півночі на південь – 893 км.

Безумовно, що на такій великій території умови для формування ґрунтів будуть різні. Щоб привести в систему різні групи ґрунтів в природі, в ґрунтознавстві, як і в інших природничих дисциплінах, існує певна класифікація.

Слово класифікація походить від латинських слів classis - розряд, група і facere - робити.

Класифікація – це поділ ґрунтів за спільними ознаками в групи залежно від їх властивостей, походження та особливостями родючості.

Спочатку класифікації ґрунтів були чисто імперичними, тобто ґрунти групували за одною певною ознакою: хімічним складом (Кнопп) де виділялись карбонатні та сульфатні ґрунти; петрографічною основою (Фаллу) – кварцові, гранітні та інші; механічним складом (Теєр), котрий виділяв глинисті, суглинкові та піщані ґрунти.

Зрозуміло, що однобічні класифікації ґрунтів не могли віддзеркалювати основні процеси формування та властивості ґрунтів.

Першу в світі справді наукову класифікацію ґрунтів запропонував (1879р.) і обґрунтував (1886р.) В.В. Докучаєв. В основу цієї класифікації був покладений генетичний тип ґрунту. Вчений зазначав, що грунт є особливим природним тілом і утворюється внаслідок взаємодії факторів ґрунтоутворення. Відповідно до цієї класифікації всі ґрунти Росії були поділені на три основні групи: нормальні (або зональні), перехідні (або інтразональні) і анормальні (або наносні). Нормальні ґрунти поділяються на класи: суходольно-рослинні, суходольно-болотні та болотні типові. Дещо пізніше ця класифікація була перероблена і доповнена М.М. Сибірцевим (1895 р.). Він виділив ґрунти: повні або зональні, інтразональні (або напівзональні) і неповні (перехідні до гірських порід).

За основу класифікації ґрунтів В.В. Докучаєв і М.М. Сибірцев взяли не одну ознаку, а умови і характер утворення ґрунтів, тобто їх генезис, тому класифікація засновників російського ґрунтознавства називається генетичною. Еколого-генетичні класифікації ґрунтів, в основу яких покладено вчення В.В. Докучаєва про генетичні типи ґрунтів, розроблялися пізніше Я.М. Афанасьєвим (1922, 1927, 1931 рр.), К.Д. Глинкою (1924), Г.М. Висоцьким (1906), С.О.Захаровим та іншими вченими. В цих класифікаційних схемах зв'язок між генетичними типами ґрунтів встановлюється не тільки за їх властивостями, а й за особливостями залягання та географічного розповсюдження. Еколого–генетичні класифікації відбивають реальні природні закономірності: властивості ґрунтів, режими ґрунтоутворення та зв'язок їх з навколишнім середовищем.

Морфогенетичні класифікації базуються на важливіших властивостях ґрунтів, а також включають аналіз умов ґрунтоутворення. Вони наведені в роботах П.С. Коссовіч (1903, 1910), К.К. Гедройца (1924, 1927).

Еволюційно–генетичні класифікації розглядали розвиток ґрунтотворного процесу в часі від початкової стадії лужного ґрунтоутворення до кислого (Коссович П.С., 1903, 1906; Полинов Б.Б. 1933) або від гігроморфної фази ґрунтоутворення до автоморфної ( Полинов Б.Б. 1933, Ковда В.А., 1933).

Ідея створення історико-генетичних класифікацій була висловлена в роботах Вільямса В.Р (1914, 1936). Він вважав, що типи ґрунтів зв’язані в один непереривний ланцюг розвитку і повинні розглядатися як стадії єдиного історичного процесу впливу біологічних елементів природи на поверхневі мінеральні горизонти суші. Ці погляди стикалися з біогеохімічними уявленнями В.І. Вернадського. Спроба прослідкувати еволюцію зонального ґрунтоутворення по геологічним періодам від виникнення життя була зроблена пізніше Герасимовим І.П. (1949).

Сучасні класифікації ґрунтів враховують процеси і режими ґрунтоутворення, генезис ґрунтів і являють собою творче продовження класифікацій В.В. Докучаєва та М.М. Сибірцева. Вони об'єднують екологічний, морфологічний і еволюційний підходи колишніх класифікацій і будуються на строго науковій системі таксономічних одиниць з урахуванням будови, складу і властивостей ґрунтів, головних режимів і процесів ґрунтоутворення, агровиробничих особливостей і антропогенних впливів.

На цих принципах Ґрунтовим інститутом ім. В. В. Докучаєва розроблена «Класифікація і діагностика ґрунтів СРСР». Прийнято наступні таксономічні одиниці: тип, підтип, рід, вид, різновид та розряд.

Основною таксономічною одиницею сучасної класифікації ґрунтів у вітчизняному ґрунтознавстві прийнято вважати генетичний ґрунтовий тип, встановлений ще В.В. Докучаєвим. Це поняття об'єднує конкретні грунти із загальними, найбільш суттєвими і характерними властивостями, які розвиваються в однотипних біологічних, кліматичних і гідрологічних умовах. Характерні риси ґрунтового типу визначаються однотипністю:

- надходження органічних речовин і процесів їхнього перетворення і розкладання;

- комплексу процесів розкладання мінеральної маси і синтезу мінеральних та органо-мінеральних новоутворень;

- характеру міграції та акумуляції речовин;

- будови ґрунтового профілю;

- спрямованості заходів з підвищення і підтримання родючості ґрунтів.

Останнім часом до цього додають однотипність ґрунтових режимів (І.С. Каурічев та ін.).

Частини назв грунтових типів виходять з деяких особливостей їх складу та властивостей: солончак, солонець, торфяноглейовий грунт. Є назви, які виходять від природного забарвлення верхніх грунтових горизонтів: чорнозем, підзол, червонозем, сірі грунти, бурі грунти, каштанові, сіроземи, жовтоземи. Оскільки забарвлення у деяких типів грунтів у ряді випадків виявилося схожім, виникла необхідність додати скорочені екологічні характеристики умов, в яких утворюється тип. Так зявилися терміни бурі лісові грунти і бурі напівпустельні, сірі лісові і сіроземи. Номенклатура деяких типів грунтів виходить з назви ландшафту або угіддя: болотні грунти, лугові грунти, алювіальні грунти.

На території України виділяють такі основні типи ґрунтів: 1) підзолисті і дерново-підзолисті; 2) сірі опідзолені та опідзолені лісостепові; 3) чорноземи; 4) каштанові; 5) лучні; 6) болотні і торфово-болотні; 7) солонцюваті і солонцеві; 8) осолоділі; 9) буроземи; 10) бурі і коричневі, гірсько-степові і гірсько-лісостепові; 11) гірсько-опідзолені; 12) гірсько-лучні.

Підтип – це ґрунти в межах одного типу, які відрізняються від інших конкретними проявами ґрунтотворного процесу та певними властивостями ґрунту. Наприклад, чорноземи опідзолені, чорноземи вилужені, чорноземи типові, чорноземи звичайні і чорноземи південні.

Рід ґрунту виділяють в межах підтипу. Рід має характерні особливості, які визначаються місцевими умовами підтипу: складом ґрунтотвірних порід, хімізмом ґрунтових вод і т. д.. Наприклад, чорнозем південний солонцюватий.

Види ґрунтів виділяють у межах роду. Вони відрізняються за ступенем розвитку ґрунтоутворювальних процесів (ступеня опідзоленя, засолення, гумусованості і т.ін.). Наприклад, слабко- середньо- і сильнопідзолисті; чорноземи середньо- і малогумусні.

Різновид ґрунтів визначається механічним складом ґрунтових горизонтів ґрунтотвірних порід: піщані, супіщані, суглинкові, глинисті.

Розряди ґрунтів виділяють залежно від властивостей материнських порід, на яких вони утворилися (моренні, алювіальні і т. д.): чорноземи південні на лесах.

На основі класифікації розроблено номенклатуру ґрунтів, за якою легко можна визначити місце кожного з них у систематиці ґрунтів. В.В. Докучаєв використав народні назви найбільш поширених ґрунтів – “чорнозем”, “підзол”, “солонець”, “солончак”. Вони використовуються у науковій практиці та іноземній спеціальній літературі і вживаються без перекладу. Повна назва ґрунту наводиться з урахуванням всіх таксономічних одиниць. У повній назві ґрунту першим позначають (тип), останніми – різновид або розряд. Наприклад, чорнозем (тип) звичайний (підтип) солонцевий (рід) середньогумусний (вид) важкосуглинковий (різновид) на лесовидному суглинку (розряд).

Згідно з прийнятою методикою в Україні виділяють понад 600 видів ґрунтів, які об’єднують у 17 типів та 35 підтипів. Крім того, на ґрунтових картах зазначено також 17 різновидів ґрунтів за механічним складом.

В окремих областях України дуже багато всяких ґрунтів (у Харківській області, за даними Інституту ґрунтознавства, їх близько 180, у Черкаській – 198).

Найбільше різних ґрунтів утворюється в тих регіонах, де є річки (в заплавах і на терасах).

У розвитку класифікаційної проблеми в зарубіжному ґрунтознавстві можна виділити два головних напрямки: західноєвропейське та американське.

У західноєвропейських класифікаціяхза основу взятіранні агрогеологічні класифікації, які розробляли, виходячи з властивостей ґрунтоутворюючих порід, і розділяли на геолого-петрографічні, в основу яких покладено мінералогічний склад ґрунтоутворюючих порід (Паллу, 1857; Мейер, 1857; Беннінгсон-Фордер, 1863), хімічні, побудовані на поділі грунтів за хімічним складом (Кноп, 1871), фізичні – за механічним складом (Теер і Шюблер, 1876) та змішані (Зенфт, 1877).

Наукові ідеї В. В. Докучаєва вплинули на більш пізні роботи з класифікації ґрунтів вчених Західної Європи. В цих роботах спостерігається прагнення творчо синтезувати грунтово-минералогічний підхід до систематики і класифікації ґрунтів з принципами докучаєвського генетичного ґрунтознавства. (Раману, 1918; Зігмонді, 1933; 1938; Штремме, 1950; Кубіена, 1953; Обер, 1956; Дюшафур, 1962).

В американськомуґрунтознавстві на початку нашого століття переважав емпіричний підхід до класифікації ґрунтів, заснований на досвіді місцевого населення і обліку урожайності культур. У систему ґрунтів було введено поняття «ґрунтові серії», які встановлюються головним чином за механічним складом та деяким іншими точно не визначеними властивостям ґрунтів. Поряд з цим незалежно від системи ґрунтових серій розробляли загальні генетичні класифікації ґрунтів (Гільгард, 1893; Уїтні, 1895; Коффі, 1912). Важлива роль у розвитку американського ґрунтознавства належить Марбуту (1935), який прийняв ідеї російського генетичного ґрунтознавства і застосував їх при вивченні ґрунтів США. Встановлена ним таксономічна категорія «великі ґрунтові групи» близька до поняття докучаєвського ґрунтового типу.

Наступні класифікації (Келлог, 1936, 1939; Бал-Дуіно, Келлог, Торп, 1938; Торп і Сміт, 1949) виходили зі схеми Марбута, але ще більше підкреслили географо-генетичні принципи.

В американській системі ґрунтової класифікації історично склався двоїстий підхід до визначення сутності вищих і нижчих таксономічних одиниць. Для вищих (великі ґрунтові групи) характерний генетичний принцип виділення, для нижчих (ґрунтові серії) – агроемпіричний. Тому в американській класифікації важко зіставити ґрунтові серії між собою і з'єднати їх у більш високі категорії (грунтові роди, підтипи, типи).

Нову американську класифікацію розробляли в Державній ґрунтовій службі США (Келлог, Сміт). Основні принципи її побудови декларуються як генетичні, але практично вона в межах перших двох вищих рівнів (ґрунтові порядки і підпорядки) проводиться за морфологічними ознаками, виходячи з принципу характерного «діагностичного горизонту». Лише в наступних таксономічних одиницях – в ґрунтових групах та підгрупах – більш широко використовуються генетичні принципи.

Грунти можуть бути віднесені до класифікаційного підрозділу на підставі діагностичних ознак. Сукупність ознак ґрунтів, за якими вони можуть бути виділені і віднесені до того чи іншого класифікаційного підрозділу, називається діагностикою ґрунтів.

Для діагностики ґрунтів використовують ознаки, які легко встановлюються при ґрунтових дослідженнях, морфологічному вивченні ґрунтового профілю. Однак часто цього виявляється недостатньо, і доводиться діагностувати ґрунти за допомогою даних лабораторних аналізів (склад увібраних основ, склад і кількість гумусу, валовий хімічний склад ґрунтів і т.д), а також деякі матеріали, що характеризують гідротермічний режим ґрунтів. Останні особливо важливі при встановленні окремих типів і підтипів ґрунтів.

При визначенні типів ґрунтів як основної таксономічної одиниці підкреслюється наявність для такої групи ґрунтів єдиної системи основних генетичних горизонтів і спільних властивостей, обумовлених процесом ґрунтоутворення. Визначення підтипу підкреслюється наявністю якісних відмінностей у системі генетичних горизонтів, що характеризують перехід до інших (сусідніх) типів. Поняття різновид припускає більш детальну характеристику гранулометричного складу ґрунтового профілю (по 2-3 горизонти).

Для оцінки екологічних умов розвитку ґрунтів вводиться нова таксономічна одиниця – категорія, що дозволяє розділяти ґрунти за особливостями їх гідротермічного режиму.

Ґрунти в природі виникають і розвиваються в результаті сукупної взаємодії основних факторів ґрунтоутворення. При постійній дії комплексу чинників ґрунтоутворення з пухкої материнської породи утворюються ґрунти, які відрізняються швидкістю і напрямом окремих процесів, характером надходження, розкладанням та синтезом органічних речовин, водним, повітряним, тепловим і харчовим режимами.

Фактори ґрунтоутворення змінюються в часі і просторі. При зміні факторів у часі відбувається еволюція ґрунтів: змінюється інтенсивність процесів ґрунтоутворення, грунт з одного стану переходить в інший. При зміні факторів в просторі, наприклад на поверхні суші, утворюється значне різноманіття ґрунтів, відповідних до сукупного впливу природних умов. Навіть у межах невеликих ділянок (площею по 3-5 тис. га) може бути до 200 різних ґрунтів.

Україна характеризується великою різноманітністю природних умов і ґрунтового покриву. Ґрунтові зони нашої країні мають широтну протяжність і змінюють одна одну з півночі на південь відповідно до зміни основних умов ґрунтоутворення.

Закономірності географічного поширення ґрунтів визначаються природними умовами, взятими у їх взаємному зв'язку і взаємної обумовленості. Це положення лежить в основі розвитку найважливіших розділів географії ґрунтів: вчення про горизонтальну зональність, вчення про вертикальну зональність, вчення про грунтово-кліматичні фації і провінції, теорії структури грунтового покриву.

Основними найбільш загальними законами географії ґрунтів є:

1. Закон горизонтальної (широтної) ґрунтової зональності;

2. Закон фаціальності (провінціальності) ґрунтів;

3. Закон вертикальної зональності ґрунтів;

4.Закон аналогічних топографічних рядів (вчення про зональні типи грунтових комбінацій).

Сучасна схема ґрунтово-географічного районування розроблена Ґрунтовим інститутом ім. В. В. Докучаєва (м. Москва) спільно з іншими установами (1962), у цій розробці прийнято таку систему таксономічних одиниць:

1. Грунтово-біокліматичний пояс

2. Грунтово-біокліматична область

Для рівнинних територій

3. Грунтова зона

4. Грунтова провінція

5. Грунтовий округ

6. Грунтовий район

Дляґірських територій

3. Гірська грунтова провінція (вертикальна структура грунтових зон)

4. Вертикальна грунтова зона

5. Гірський грунтовий округ

6. Гірський грунтовий район

Опорними одиницями ґрунтово-географічного районування є: на рівнинних територіях — ґрунтова зона, в горах — гірська ґрунтова провінція.

Закон про природно-історичну зональність поширення ґрунтів вперше був сформульований В.В.Докучаєвим наприкінці ХІХ ст. Він встановив, що ґрунти утворюються під впливом комплексу факторів, найбільше значення з яких мають рослинність і клімат. При цьому клімат впливає на ґрунтотворний процес переважно через рослинність. Клімат та рослинність закономірно змінюються в межах земної кулі в напрямі від полюсів до екватора. При цьому змінюється і ґрунтовий покрив, окремі типи якого утворюють широкі зони.

В.В.Докучаєв показав, що у розміщенні ґрунтів на рівнинах спостерігається закон горизонтальної, або широтної зональності, а в гірських районах – вертикальної (залежно від зміни кліматичних умов і рослинності).

За сучасними уявленнями в ґрунтовому покриві суші виділяються широтні ґрунтово-біокліматичніпояси, обумовлені головним чином термічними особливостями клімату. У північній півкулі виділяють п'ять основних широтних ґрунтово-біокліматичних поясів, обумовлених термічними особливостями клімату: полярний, бореальний, суббореальний, субтропічний, тропічний. Аналогічні пояси можуть бути виділені і в південній півкулі.

Для кожного поясу характерний свій ряд типів грунтів, які не зустрічаються в інших поясах. Вони мають подібний термоенергетичний режим, але розрізняються за умовами зволоження.

Формулюючи закон зональності, Докучаєв враховував складність будови ґрунтового покриву Землі. Він припускав численні відхилення його конфігурації від широтно-зональної схеми. Докучаєвський закон зональності не зводиться тільки до широтно-смугової схеми розподілу ґрунтів на земній поверхні. Можна назвати ще низку закономірностей ґрунтоутворення і географії ґрунтів, зумовлених дією закону зональності. До них належать такі:

1. Зростання різноманітності ґрунтів і контрастності їх властивостей у міру переходу від полярних широт до екваторіальних.

2. Ускладнення складу і структури вертикальної поясності в південних широтах у порівнянні з північними.

3. Зростання в південному напрямку біологічної продуктивності ґрунтів, ємності і різноманітності типів біологічного кругообігу елементів у гумідних і семігумідних ландшафтах.

Різні частини грунтово-географічних поясів з індивідуально вираженим спектром грунтів отримали в грунтово-географічному районуванні назву ґрунтово-біокліматичних областей.

Дуже важливо пам'ятати, що закон зональності Докучаєва ставиться не тільки до географії грунтів. Він є загальногеографічним законом, згідно з яким зі зростанням дії сонячної енергії на поверхні Землі в міру переходу від північних широт до південних закономірно змінюються у тому ж напрямку енергія і характер екзогенних і біогенних процесів. Тому цей закон називається світовим законом, а його відкриття Докучаєвим заслужено належить до найбільших досягнень природознавства.

Розрізняють області:

а) вологі (екстрагумідні і гумідні) з лісовим і тайговим або тундровим рослинним покривом;

б) перехідні (субгумідні і субарідні) зі степовим, ксерофітно-лісовим і саванним рослинним покривом,

в) сухі (арідні і екстраарідних) з напівпустельним і пустельним рослинним покривом.

Грунтовий покрив грунтово-біокліматичних областей більш однорідний, ніж грунтово-кліматичних поясів, але все ж складається з декількох зональних та супутніх їм інтразональних грунтових типів. Тому в кожній грунтово-біокліматичні області виділяються 2 або 3 ґрунтові зони. Кожна грунтова зона може бути визначена як ареал зонального грунтового типу і супутніх йому інтразональних грунтів. Грунтові зони двох або кількох сусідніх областей, утворюють в сукупності зональні системи або зональні спектри. У центрах найбільших континентів землі спостерігаються широтні зональні спектри, пов'язані з широтним розподілом температурних умов і опадів. На континентальних масивах менших розмірів зони зволоження розподіляються паралельно обрисам берегів, і тому спостерігається відхилення від широтної витягнутості і наближення до меридіального простягання – меридіональні спектри. Умови в межах грунтових зон не цілком однорідні і це призводить до розчленування грунтових типів на підтипи. У зв'язку з цим часто виділяються грунтові підзони, а по простяганню грунтових зон відокремлюються грунтові фації та провінції.

Ці фаціальні поділи пов'язані з неоднаковою континентальністю клімату, з відмінностями в суворості зими, з неоднаковим розподілом опадів по сезонах року, тобто грунти різних фацій всередині генетичного типу істотно відрізняються за особливостями гідротермічного режиму. Грунтові провінції є більш дрібними підрозділами того ж порядку що і фації і виділяються всередині фації. Ґрунтові провінції за оролітологічними ознаками та структурою ґрунтового покриву поділяють на грунтові округи та райони.

Ґрунтовий округ – частина ґрунтової провінції, що характеризується певним типом ґрунтових комбінацій, обумовлених особливостями рельєфу і ґрунтоутворюючих порід. Для грунтового округу характерна наявність особливих рядів і різновидів зональних грунтів в комбінаціях з інтразональними грунтами, розвиток яких пов'язаний зі специфікою порід або грунтових вод.

Грунтовий район - частина грунтового округу, що характеризується одним типом мезоструктури грунтового покриву. Грунтові округи якісно розрізняються за складом і будовою грунтового покриву; грунтові райони розрізняються лише за кількісним співвідношенням родів, видів і різновидів грунтів, що властиві округу.

В В. Докучаєвим в результаті його досліджень на Кавказі були також закладені основи вчення про вертикальну зональність грунтів в горах. В.В.Докучаєв зазначив відому аналогію між зміною вертикальних і горизонтальних грунтових зон, якщо рухатися від підошви гір на північ.

Вивчення вертикальної зональності грунтів показало, що в горах є велике різноманіття біокліматичних умов і генетичних типів грунтів, ніж на рівнині. Хоча в цілому гірські типи ґрунтів можуть бути віднесені до тих же екологогенетичних груп, що і ґрунти рівнин. Структура вертикальної зональності грунтів визначається:

а) положенням гірської країни в системі горизонтальних грунтових зон;

б) висотою гірської країни;

в) положенням гірської країни по відношенню до переважного руху повітряних мас;

г) наявністю температурних інверсій, тобто стіканням маси холодного повітря по схилах у певні зоні і накопичення його у депресіях.

Перші два із зазначених положень визначають загальний порядок зміни і число вертикальних ґрунтових зон у гірських системах даної грунтово-біокліматичної області. Цей порядок загалом аналогічний зміні горизонтальних зон на рівнинах при русі на північ або в бік більш м'яких кліматичних умов. Третє і четверте положення визначають істотні відхилення від викладеної схеми для кожної гірської системи, для кожного її схилу.

Найбільш загальне значення має закономірність розподілу грунтів за елементами мезо-і мікрорельєфу, що отримала назву закону аналогічних топографічних рядів ґрунтів (С.О. Захаров). Сутність цього закону полягає в тому, що розподіл грунтів за елементами рельєфу у всіх зонах має аналогічний характер: на підвищених елементах залягають грунти генетично самостійні (автоморфні), яким властива акумуляція малорухомих продуктів грунтоутворення; у знижених елементах рельєфу (шлейфи схилів, днища низин і западин) розташовані генетично підлеглі грунти (полугідроморфні або гідроморфні) з акумуляцією рухливих продуктів грунтоутворення в своєму профілі; на схилових елементах рельєфу залягають перехідні грунти, у яких у міру наближення до негативних форм рельєфу зростає акумуляція рухомих речовин.

Розподіл грунтів по конкретній території відповідно до закону аналогічних топографічних рядів часто ускладнюється зміною порід та інших місцевих умов.

Вчення про генезис, склад, форми грунтових неоднорідностей і їх агрономічне значення отримало назву вчення про структуру грунтового покриву. Основою цього вчення є уявлення про елементарний грунтовий ареал (ЕГА) – невелику ділянку території, на якій грунтовий покрив представлений одним розрядом грунтів.

Головна характеристика ЕГА – класифікаційна назва, яка розкриває генезис, склад, властивості та рівень його родючості. Крім того, важлива оцінка морфології, яка дає уявлення про розміри, форму ЕГА його межі та екологію ЕГА.

Комплекси та поєднання досліджуються з точки зору будови, контрастності що їх утворюють, співвідношення площ, розмірів ґрунтових контурів та їх розподілу за мікро- і мезорельєфом.

Як видно з викладеного, всі головні закономірності географічного розподілу ґрунтів пов'язані в першу чергу з факторами ґрунтоутворення (рис. 3.1).

Ґрунтовий покрив областей більш однорідний, ніж поясів, але все ж він складається з декількох зональних і супутніх інтразональних ґрунтових типів. Тому в кожній області виділяють 2-3 ґрунтові зони.