Понятие о почве и ее плодородии

Первое научное определение понятия «почва» дал В. В. Докучаев. Он впервые установил, что почва — самостоятельное природное тело, образовавшееся в результате совокупной деятельности пяти факторов почвообразования: материнской породы, растительных и животных организмов, климата, рельефа местности, возраста страны.

П. А. Костычев подчеркнул ведущую роль растительности как фактора почвообразования и определил почву как «верхний слой земли до той глубины, до которой доходит главная масса растительных корней».

Новое определение почвы дал В. Р. Вильяме. По Вильямсу, почвой называется рыхлый слой земной коры, способный производить урожай растений. Существенным свойством почвы является плодородие, которое отличает почву от бесплодной горной породы. Под плодородием понимают способность почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания и воде. В отличие от космических факторов (света и тепла), получаемых от солнца, вода и питательные вещества — это земные факторы, на которые можно воздействовать с целью обеспечения ими культурных растений в течение всего вегетационного периода. Этим и определяется значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства.

Научные подходы П. А. Костычева и В. Р. Вильямса к вопросу определения понятий почвы и ее плодородия, учитывавшие в первую очередь отношение к почве растений, органически дополняет учение В. В. Докучаева о почвах, их свойствах и происхождении. Поэтому в современном почвоведении принято определение почвы, объединяющее в себе подходы генетического и агрономического почвоведения: почва — сложная полифункциональная и поликомпонентная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени и обладающая плодородием.

Роль почвы в природе. По учению В. И. Вернадского, почва входит в состав биосферы — области распространения жизни на Земле. Располагаясь на границе соприкосновения и взаимодействия литосферы, атмосферы и гидросферы, почва играет специфическую роль в этой сложной системе планетарных оболочек, формируя особую геосферу — педосферу, или почвенный покров Земли. При этом роль почвы в природе сводится к выполнению нескольких глобальных функций.

Главнейшая из всех функций — обеспечение существования жизни на Земле. Из почвы растения получают элементы питания и воду, создают свою биомассу, которая является условием жизни животных и человека. Почва — это среда обитания многочисленных животных, а также микроорганизмов.

Следующая глобальная функция почвы заключается в регулировании химического состава атмосферы и гидросферы. Фотосинтез растений вместе с почвенным «дыханием» и дыханием организмов играют главную роль в поддержании состава приземного слоя атмосферного воздуха, а через него и атмосферы в целом.

Почвенный покров определяет также состав веществ, поступающих в реки, моря и океаны.

Кроме перечисленных глобальных функций почва играет роль общепланетарного аккумулятора энергии, трансформировавшейся в процессе фотосинтеза растений, и служит экраном, удерживающим в биосфере важнейшие элементы от геохимического стока в Мировой океан. Почвенный покров вместе с его микромиром выполняет функции универсального биологического поглотителя и нейтрализатора различных загрязняющих веществ.

Роль почвы в жизни человека. Благодаря плодородию почвы человек получает необходимые для жизни продукты питания.

Почва является основным средством сельскохозяйственного производства и характеризуется незаменимостью, ограниченностью в пространстве и неперемещаемостью. По отношению к человеческому обществу почва имеет двойственную природу: с одной стороны, это физическая среда, жизненное пространство существования людей, а с другой — экономическая основа, средство производства.

Крупные международные декларации и соглашения по проблемам природопользования (Всемирная стратегия охраны природы. Основы мировой почвенной политики) подчеркивают значение почвы как всеобщего достояния человечества, рационально использовать и охранять которое должны все люди Земли для современного и будущих поколений.

Проблемы землепользования связаны с комплексом социально-экономических вопросов, в частности с вопросами земельной собственности, земельного законодательства, земельного права, экономической оценки земли и др.

Почву человек использует универсально: строит жилье, возводит хозяйственные и промышленные сооружения, прокладывает дороги и, наконец, выращивает культурные растения.

Наука о почве дает возможность рационально осваивать земельные ресурсы, разрабатывать технологии возделывания сельскохозяйственных культур, увеличивать их урожай с единицы площади и производить экологически чистые продукты.

Почвоведение — это наука о почвах, их происхождении, составе, свойствах, о закономерностях их географического распространения и путях сельскохозяйственного использования.

Почвоведение является широкой естественно-научной дисциплиной, которая изучает почву как особое природное тело, как средство производства, как предмет приложения труда и, в определенной степени, как продукт этого труда.

История развития почвоведения. Корни научных знаний о почве уходят в глубокую древность и связаны с развитием земледелия. Однако многие тысячелетия развития сельскохозяйственного производства были лишь периодом накопления отдельных наблюдений и разрозненных знаний, передававшихся из поколения в поколение.

Человек имел представление о почве как рыхлом слое Земли, который является предметом земледельческой обработки, до тех пор, пока не возникли проблемы малоземелья, голода и снижения плодородия, вызвавшие необходимость получения большей продукции с меньшей площади. Для решения этих практических задач потребовалось развитие науки о почве.

В длительном историческом процессе накопления знаний о почвах выделяют несколько периодов, связанных с общим развитием естествознания.

1. Период накопления разрозненных фактов о свойствах почв и способах их обработки относится к первым следам земледельческой культуры (10...11 тыс. лет до н.э.), когда человек начал сравнивать почвы по их плодородию и изобретать приемы обработки с учетом свойств почв.

2. Период обособления знаний о почвах и введения первичного земельного кадастра совпадает с развитием рабовладельческого общества и характеризуется дифференцированным подходом к использованию различных почв. Одним из письменных памятников этого периода является «Кодекс Хаммурапи» — первое известное земельно-водное законодательство вавилонского царя, регламентирующее землепользование и водопользование. Планы землеустройства и схемы оросительных систем, сделанные древними вавилонянами на глиняных табличках, также представляют большой интерес.

3. Период первичной систематизации сведений о почвах относится к периоду греко-римской цивилизации (VIII в. до н. э. — III в. н. э.). Первые теоретические обобщения эмпирических сведений о почвах были сделаны в античных Греции и Риме. В сочинениях Аристотеля и его ученика Теофраста (IV в. до н. э.), а также писателей античного Рима — Катона, Варрона, Колумеллы и Вергилия (I в. до н. э.) были разработаны некоторые приемы повышения почвенного плодородия.

4. Период изучения почв и проведения земельно-кадастровых работ (VI—XVII вв.) связан с развитием почвенно-оценочных работ в целях налогообложения. В разные периоды этого времени в большинстве стран был введен официальный земельный кадастр. В России для учета земельных фондов учредили Поместный приказ и составили описания земель — Писцовые книги. В них указывали угодья — леса, луга, болота и особенно подробно пашни, которые делили по качеству на землю добрую, среднюю, худую и добре-худую. В начале XVII в. ценным источником информации являлась также «Книга Большому чертежу», которая представляла собой пояснение к карте Московского государства. После петровских реформ, когда вместо поземельной была введена подушная подать, а воинская повинность распространялась и на неслужилые классы, учет земель прекратили, так как в нем не было непосредственной государственной надобности.

5. Период зарождения экспериментального и географического изучения почв относится к XVIII в. и связан с развитием экстенсивного земледелия. В этот период значительное влияние на развитие почвенных знаний оказала «Книга о плодородии почвы», в которой немецкий ученый А. Кульбель (Германия, 1770) показал значение воды в питании растений. В России появились новые идеи о происхождении почв, которые были отражены в трудах академиков — М. В. Ломоносова (1763), П. С. Палласа (1773), И. А. Гюльденштедта (1791). В этот период были опубликованы почвенно-агрономические работы, из которых наибольшее значение имели «Примечания о хлебопашестве вообще» А. Т. Болотова (1768), «О земледелии» И. М. Комова (1789) и особенно «Описание моего владения» А.Н.Радищева (1801). Выдающийся писатель А. Н. Радищев в своей работе, целью которой было доказать путем экономических расчетов необходимость уничтожения крепостного права, много внимания уделил почвам и способам повышения их плодородия. Он писал: «Если кто искусством покажет путь легкий и малоиздержанный к претворению всякой земли в чернозем, то будет благодетель рода человеческого».

6. Период развития агрикультурхимии и агрогеологии в XIX в. предшествовал возникновению современного генетического почвоведении как самостоятельной науки, он совпадал с бурным развитием капитализма. В этот период вышли в свет работы основателей агрохимии М. Э. Вольни, А. Тэера, М. Г. Павлова, Ю. Либиха, сформулировавших основные принципы агрикультурхимии. В начале XIX в. немецкий ученый А. Тэер выдвинул теорию гумусового питания растений. Он считал, что растения непосредственно питаются органическим веществом. В подтверждение этой теории приводились доводы о том, что темноокрашенные почвы, удобряемые навозом, обладают высоким плодородием. Теория гумусового питания упорно держалась до 1840 г., когда вышла в свет книга Ю. Либиха «Химия в приложении к земледелию и физиологии». В ней было показано, что зеленые растения усваивают из почвы минеральные питательные вещества. Ю. Либих на основании теории минерального питания растений предложил применение минеральных удобрений. В этом бессмертная заслуга Ю. Либиха, так как с введением в практику сельского хозяйства минеральных удобрений значительно повысились урожаи культур. Появилась новая наука — агрикультурхимия, которая занималась разработкой способов применения удобрений. Однако Либих смотрел на почву как на мертвый субстрат, смесь минеральных и органических соединений. Агрикультурхимики мощность почвы ограничивали только пахотным слоем.

В этот период независимо от агрикультурхимического направления развивалось агрогеологическое направление в почвоведении (Ф. Фаллу, Г. Берендт, Ф. Рихтгофен и др.). Агрогеологи рассматривали почву как землистую массу, не признавали ее развития и возможности изменения под воздействием производства.

Таким образом, ни агрикультурхимические, ни агрогеологические направления не создали научного почвоведения.

7. Период создания современного генетического почвоведения связан с именем выдающегося русского ученого В. В. Докучаева (1846—1903). Докучаев развил почвоведение в широкую отрасль естествознания. Официально годом рождения почвоведения считается 1883 г., когда был опубликован фундаментальный труд В. В. Докучаева «Русский чернозем». В. В. Докучаев стал основоположником научного почвоведения. Он показал, что почва — это самостоятельное естественно-историческое тело, образовавшееся в результате совокупной деятельности пяти факторов почвообразования: материнской породы, живых организмов, климата, рельефа местности и возраста страны. Комплексные научные исследования природы привели Докучаева к выводу о необходимости изучения не только отдельных тел и явлений природы, но и существующих между ними закономерных связей и взаимодействий. Докучаев сформулировал закон зональности почв и показал, что с почвенными зонами тесно связаны сельскохозяйственные области и что в каждой зоне сельское хозяйство имеет свои особенности. Научная работа Докучаева была направлена на решение производственных задач. Изучая причины периодического повторения засухи и способы борьбы с ней, Докучаев показал прогрессирующее иссушение степей под влиянием вырубки лесов на водоразделах и в речных долинах. Для предупреждения губительного действия засухи Докучаев разработал систему мероприятий, в которую входили устройство водохранилищ в целях орошения земель, борьба с эрозией почв, закрепление и облесение оврагов, облесение песков, накопление зимой и весной влаги на водоразделах путем устройства прудов и водоемов, насаждения лесных полос, а также путем обработки почвы, направленной на накопление и рациональное использование влаги.

Вторым основоположником русского почвоведения был П. А. Костычев (1845—1895). Он указывал, что почва является источником питания растений и ее следует изучать в тесной связи с жизнью и потребностями растений. П. А. Костычев установил зависимость содержания перегноя от разложения растительных остатков микроорганизмами. Таким образом, были заложены основы биологического направления в почвоведении.

Особое значение имеют наблюдения Костычева за изменением структуры почвы при распашке черноземов. Главную причину понижения плодородия черноземных почв при продолжительном их возделывании Костычев видел в разрушении структуры чернозема вследствие обработки. Исследования Костычева показали, что при оставлении пашни под залежь однолетние сорные растения уступают место корневищным злакам, которые затем сменяются степными плотнокустовыми — типчаком и ковылем, способствуя восстановлению структуры почвы, и лет через 20...25 почва мало отличается от целины. В целях ускорения восстановления структуры почвы Костычев рекомендовал переходить от кратковременной залежи к полевому травосеянию. Он доказал, что возделывание кормовых трав дает возможность поддержать плодородие почвы и достигнуть большего постоянства урожаев.

Н. М. Сибирцев (1860—1900) был наиболее близким учеником и последователем Докучаева. Он уточнил то определение почвы как естественно-исторического тела, которое было дано Докучаевым. По Сибирцеву, почва сочетает в себе геологические процессы (выветривание) с биологическими. Н. М. Сибирцев систематизировал докучаевское учение о почвах, установил разделение почв на зональные, интразональные и азональные.

8. Период развития докучаевского почвоведения, его дифференциации и формирования специализированных направлений охватывает время между двумя мировыми войнами (примерно 1916-1941 гг.).

В этот период в почвоведении выделились самостоятельные разделы и направления: химия, физика, география и биология почв. Интенсивно развивалось сельскохозяйственное почвоведение. Благодаря классическим работам отечественных ученых К. Д. Глинки, К. К. Гедройца, В. Р. Вильямса, Д. Г. Виленского, В. А. Ковды и других позиции генетического почвоведения не только укрепились, но и развились новые «дочерние» дисциплины и направления почвоведения.

К. Д. Глинка (1867—1927) был ведущим почвоведом докучаевского почвенного комитета. Он написал ряд работ по генезису, географии и классификации почв, а также учебник по почвоведению, который публиковался в шести изданиях.

К. К. Гедройц (1872—1932) создал учение о поглотительной способности почв и обосновал мероприятия по известкованию и фосфоритованию кислых почв, по гипсованию солонцов. Методы лабораторных анализов почв, разработанные Гедройцем, используются и в настоящее время.

В. Р. Вильяме (1863—1939) творчески развил учение Докучаева и Костычева и поднял на более высокую ступень, неразрывно связал его с сельским хозяйством. Вильяме создал биологическое направление почвоведения, дающее теоретические основы управления плодородием почвы. Вильяме считал основным свойством почвы ее плодородие и показал, что существенным и общим признаком всех почв, отличающим их от материнских пород, служит концентрация в почвах биологически важных элементов питания, которая происходит в результате воздействия растительности на материнскую породу. Особое значение для поддержания и повышения плодородия почв Вильяме придавал созданию прочной комковатой структуры путем введения в культуру многолетних кормовых трав.

После Великой Отечественной войны продолжалась разработка учения о процессах выветривания земной коры и геохимии ландшафтов с целью изучения эволюции почвенного покрова и мелиоративной оценки земель.

Работы Л. И. Прасолова, И. П. Герасимова, Н. Н. Розова и др. по изучению почвенно-биоклиматических поясов легли в основу «Почвенно-географического районирования СССР». Значительное внимание уделялось совершенствованию единой классификации и диагностике почв, методам почвенного картирования, разработке методов бонитировки почв и экономической оценки земель.

В послевоенный период были проведены крупные исследования в области питания растений и применения удобрений, которые послужили отправной точкой для развития отечественной школы агрохимии и создания агрохимической службы в стране. В этот период шло активное изучение органических веществ почв (И. В. Тюрин, М. М. Кононова, Л. Н. Александрова, Д. С. Орлов и др.), почвенных процессов и режимов (А. А. Роде, И. С. Кауричев, Н. Н. Болышев), физико-химических и химических свойств почв (А. Н. Соколовский, Н. И. Горбунов, Н. Г. Зырин и др.), а также проводились агрофизические и мелиоративные исследования (Н. А. Качинский, В. А. Ковда).

В современный период работа почвоведов связана с разработкой теоретических основ повышения почвенного плодородия, рациональным использованием и охраной почв и другими проблемами сельскохозяйственного производства.

Почвоведение тесно связано с решением практических задач. Развиваются такие направления в почвоведении, как физика, химия, биология и микробиология почв, минералогия и микроморфология, динамика почвенных режимов, география и картография почв. При составлении почвенных карт применяются методы дешифрирования аэроснимков, а также спектрозональных снимков с космических спутников. Почвенные карты служат для учета земельных фондов. Они используются в землеустройстве, районных планировках, при организации ирригационных систем, планировании инженерных сооружений, транспортной сети и др.

Важнейшие практические задачи почвоведения — это эффективное и рациональное использование земельного фонда страны, минимальное отчуждение ценных высокоплодородных почв под градостроительство и другие несельскохозяйственные цели, охрана почв от эрозии, засоления, порчи и загрязнения. Решение этих задач требует глубокого изучения динамики почв и знания законов почвообразования в целях научно обоснованного управления почвенными процессами.