Почва

Почвенный профиль

По́чва — часть земной коры, сочетающая признаки живой и неживой природы. Состоит из генетически взаимосвязанных горизонтов, формирующих почвенный профиль. Горизонты возникают в результате преобразования верхних слоёв литосферы под комплексным влиянием воды, воздуха и живых организмов. Главной отличительной чертой почвы является её плодородие, благодаря которому она играет ключевую роль в воспроизводстве биомассы, обеспечивая растения необходимыми ресурсами для роста и развития.

Естественное плодородие варьируется в зависимости от состава и свойств почвы, а также факторов почвообразования. В результате применения агротехнических, агрохимических и мелиоративных мероприятий, почва, как основное средство производства в сельском хозяйстве, приобретает эффективные свойства, влияющие на урожайность сельскохозяйственных культур.

История

Марка СССР 1949 года

Василий Васильевич Докучаев в составе экспедиции по Закаспийской области, 1898—1989 годы.

Становление почвоведение как науки

Эпоха, предшествовавшая возникновению почвоведения, характеризуется накоплением практических сведений о различных типах почв и изменениях их продуктивности по мере развития сельского хозяйства. Этот этап охватывает тысячелетия, начиная с возникновения земледелия в период неолита (примерно за восемь тысяч лет до нашей эры) и заканчивая эпохой Ренессанса в XV— XVI веках.

Становление агрономического почвоведения было связано с применением не только практического опыта, но и современных методов естественных наук: химии, физики, минералогии и физиологии растений. Этот этап длился начиная с эпохи Возрождения вплоть до первой половины XIX века.

Начало периода формирования и эволюции почвоведения как отдельной области естествознания, датируемое второй половиной XIX века, ассоциируется с именем русского учёного и мыслителя, основоположника научного почвоведения Василия Васильевича Докучаева. Открытие почв как уникальных природных образований, совершённое Василием Васильевичем, дало старт современной фазе развития почвоведения.

Под руководством и по инициативе Василия Васильевича Докучаева в 1900 — 1901 годах была создана первая почвенная карта Европейской части России. Её создание послужило базой для разработки зональных подходов в земледелии, улучшение почв и использование органических и минеральных удобрений с учётом генетической и географической неоднородности почвенного покрова.

С 1899 года начал издаваться первый в мире специализированный журнал, посвящённый почвоведению. Благодаря усилиям Василия Васильевича, в Санкт-Петербурге был основан Почвенный музей, открывший свои двери в 1904 году (на ноябрь 2025 года — Центральный музей почвоведения имени В. В. Докучаева).

Василий Васильевич Докучаев определил методологические принципы исследования почв и их взаимосвязей с другими природными явлениями, разработал теорию происхождения почв и влияющих на них факторов, а также предложил рассматривать почву как систему горизонтов (система ABC) и создал первую генетическую классификацию почв. Его научные разработки оказали существенное влияние на такие области знания, как геология, геоморфология, физическая география, гидрогеология, геоботаника, лесоводство, экология и агрономия.

В 1900 году на Всемирной выставке, проходившей в Париже, Василию Васильевичу Докучаеву была присуждена высшая награда. Разработанная им концепция природной зональности произвела сенсацию в научном мире.

Василий Васильевич впервые доказал, что почвам присущи определённые внешние признаки, по которым их можно классифицировать. Он также выявил, что распределение почв по земной поверхности подчиняется законам, аналогичным распространению флоры и фауны.

Парадигма, предложенная Виктором Оганесовичем Таргульяном, расширяет эту теорию, включая в неё внутренние процессы и внешние функции почвы. К факторам почвообразования профессор Таргульян отнёс и антропогенное воздействие, аргументируя это тем, что деятельность человека оказывает влияние как на сами факторы почвообразования, например, на растительность, так и непосредственно на почву через механическую обработку, мелиорацию и внесение удобрений.

Дальнейшее развитие

Почвоведение стало наукой, имеющей междисциплинарный характер, которая интегрирует множество различных сфер человеческой деятельности, включая не только физические, химические, математические, геологические и биологические познания, но и, на первый взгляд, далёкие от неё дисциплины, например, эпидемиологию, микробиологию и климатологию. Осознание значимости почвоведения пришло не сразу — продолжительное время эта наука считалась одной из агрономических дисциплин, её преподавали исключительно в сельскохозяйственных учебных заведениях.

В качестве университетской науки почвоведение сформировалось в первую очередь благодаря работам выдающихся русских учёных. К ним можно отнести Владимира Ивановича Вернадского, Николая Михайловича Сибирцева и многих других.

За прошедший период времени почвоведение достигло значительных успехов. Сформированы теоретические принципы генетического подхода к изучению почв, определены ключевые закономерности, определяющие их образование и распространение, разработаны и внедрены специфические методики для анализа почв.

Основные факторы почвообразования

Схема профиля почвы

Согласно концепции профессора Докучаева, на формирование почвы влияет ряд ключевых факторов:

• климат;
• состав исходной материнской породы;
• влияние живых организмов;
• рельеф местности;
• геологический возраст территории.

Климат оказывает существенное влияние на процессы выветривания горных пород, определяет температурный режим и водный баланс почвы, а также во многом определяет состав растительного и животного мира, оказывая влияние на особенности использования почвы в хозяйственной деятельности. Материнская порода, подвергаясь преобразованиям, формирует почву, передавая ей свой гранулометрический и минералогический состав.

Растительность напрямую воздействует на почву: корни извлекают питательные вещества, способствуют рыхлению и структурированию почвы. В естественной среде органические и минеральные вещества попадают в почву в виде растительного опада (корней и надземных частей). Под воздействием почвенных микроорганизмов большая часть опада (80-90 %) подвергается минерализации, приводя к образованию и накоплению гумуса в почве. Почвенная фауна, представленная в основном беспозвоночными, обитающими в верхних слоях почвы и растительных остатках, ускоряет разложение органических соединений и способствует образованию почвенной структуры.

Рельеф местности играет ключевую роль в том, как распределяются по поверхности земли климатические факторы: влага, тепло и их соотношение. Период, необходимый для формирования зрелого почвенного профиля, варьируется в зависимости от условий — от нескольких столетий до нескольких тысячелетий.

Возраст как территории в целом, так и конкретно почвы, а также изменения в условиях, влияющих на почвообразование в процессе их эволюции, оказывают значительное воздействие на структуру, характеристики и состав почвы. Даже при идентичных географических условиях становления, почвы с разным возрастом и историей развития вполне могут отличаться друг от друга и относиться к различным классификационным группам.

Деятельность человека оказывает влияние на формирование почвы, такие как растительность (через вырубки лесов и их замены пастбищами). Или при непосредственном воздействии на почву через механическую обработку, мелиорацию, внесение минеральных и органических удобрений. При правильном сочетании подобных воздействий возможно целенаправленно изменять процесс почвообразования и свойства почвы. В связи с усилением интенсивности сельского хозяйства, влияние человека на почвенные процессы увеличивается.

Состав почвы

Строение почвы включает в себя четыре фазы:

• твёрдую;
• жидкую;
• газообразную;
• биологическую.

Пропорции этих компонентов варьируются в зависимости от типа почвы и глубины её слоёв. Как правило, с увеличением глубины уменьшается концентрация живых организмов и органических веществ, а также снижается активность процессов выветривания.

Твёрдая фаза почвы состоит из минеральных и органических компонентов. Минералы почвы делятся на первичные (унаследованные от материнской породы, такие как кварц и полевые шпаты) и вторичные (образовавшиеся в результате трансформации минералов материнской породы или путём вторичного синтеза из растворов, например, каолинит). Соотношение первичных и вторичных минералов зависит от возраста почвы и интенсивности почвообразования: в более зрелых почвах с активным выветриванием преобладают глинистые минералы, оксиды железа и алюминия. Основную часть составляют крупные первичные минералы, а вторичные — более мелкие. Органическая часть представлена разлагающимися остатками растений и животных, органическими соединениями и гумусом. Минеральные вещества преобладают в твёрдой части почвы, за исключением торфяных и перегнойных почв.

Образцы почв

Плодородие почвы во многом обусловлено её минеральным составом. Доля органических компонентов, таких как растительные остатки, невелика, за исключением торфяных почв, состоящих практически полностью из органики. Среди минеральных веществ преобладают кремний, алюминий, железо, калий, азот, магний, кальций, фосфор

и сера. Микроэлементы, такие как медь, молибден, йод, бор, фтор и свинец, присутствуют в значительно меньших количествах.

Основная часть элементов находится в окислённом состоянии. Во многих почвах, особенно в регионах с недостаточным увлажнением, наблюдается высокое содержание карбоната кальция (в особенности, если почва сформировалась на карбонатной породе). В засушливых областях распространены почвы с высоким содержанием сульфата кальция и других легкорастворимых солей. Влажные тропические почвы, напротив, богаты железом и алюминием.

Особенности твёрдой фазы зависят от состава почвообразующих пород, возраста почвы, особенностей рельефа, климата и других факторов. Например, почвы, сформированные на основных изверженных породах, характеризуются повышенным содержанием алюминия, железа, щёлочноземельных и щелочных металлов, тогда как почвы на кислых породах — кремнием. Во влажных тропиках молодые коры выветривания отличаются меньшим содержанием оксидов железа и алюминия по сравнению с более древними почвам умеренных широт. На крутых склонах с активной эрозией состав почвы мало отличается от состава почвообразующей породы. В засолённых почвах велико содержание хлоридов и сульфатов (реже нитратов и бикарбонатов) кальция, магния и натрия, что обусловлено изначальной засолённостью материнской породы, поступлением солей из грунтовых вод или процессами почвообразования.

Переувлажнённая почва

Частицы почвы не заполняют весь объём, образуя поры, которые влияют на водопроницаемость, влагоёмкость и плотность. Последняя зависит от состава, структуры, содержания органических веществ и типа корневой системы. Для органических горизонтов плотность составляет 0,04-0,5 г/см³, для минеральных — 0,8-1,8 г/см³, увеличиваясь с глубиной. Почва — полидисперсное тело с высокой поверхностной активностью, причём состав глинистых минералов влияет на её поверхностную активность. Большое значение имеет удельная поверхность гумусовых веществ, что обеспечивает поглотительную и буферную способность почвы.

Жидкая часть (почвенный раствор) переносит вещества, обеспечивает растения водой и питательными веществами. Влага в почве проявляется в разных формах: гигроскопическая, капиллярно-подвешенная, капиллярно-подпёртая и гравитационная, каждая из которых имеет разную доступность для растений и микроорганизмов.

Газообразная часть (почвенный воздух) заполняет поры, не занятые водой. Состоит из N₂, O₂, CO₂ и других газов, изменяясь в зависимости от процессов в почве. Обмен газами происходит путём диффузии и конвекции.

Биологическая часть состоит из микроорганизмов, беспозвоночных животных и роющих позвоночных. Почва предоставляет разнообразные места обитания для живых существ, в одном грамме может содержаться значительное количество бактерий, водорослей и грибов. Всего в почве обитает около одного миллиона видов живых организмов.

Свойства почвы

Анализ текстуры почвы

Характеристики грунта объединят в следующие группы:

• физические;
• физико-химические;
• биологические.

Определение состава и характеристик почвы осуществляется посредством почвенного анализа. Физические характеристики грунта в основном зависят от его гранулометрического и агрегатного строения. В рамках физических свойств изучаются такие параметры как плотность, твёрдость, пластичность, ломкость и липкость. Водные и воздушные показатели (влагопроводимость, водозадерживающая способность, влагоёмкость и воздухопроницаемость) обусловлены соотношением твёрдой фазы грунта и его пористостью. Исследуются электрические (электропроводность), магнитные (магнитная восприимчивость), тепловые (теплоёмкость, теплопроводность) и оптические (спектральная отражательная способность) характеристики грунта.

Химические характеристики почвы включают в себя ряд интенсивных (кислотность и концентрация веществ) и экстенсивных показателей (запасы элементов и минералов). К биологическим параметрам грунта относится его биологическая активность, проявляющаяся в количестве микроорганизмов или отдельных групп, интенсивности газообмена, определяемой как общее выделение CO₂, что указывает на распад органических веществ, ферментативной активности и фитотоксичности грунта.

Почвенные преобразования

Процессы, происходящие в почве подразделяются на общие и специфические почвообразующие явления. Общие — это базовые физические, химические и биохимические реакции, связанные с притоком, оттоком, переносом и видоизменением веществ в почве. Они могут протекать в различных средах, а не только в почве; к примеру, замерзание и размораживание, расширение и уплотнение, окислительно-восстановительные реакции и прочее.

Плодородный слой почвы

Под собственно почвенными преобразованиями, которые называют элементарными почвенными процессами, понимают явления, свойственные исключительно почве или отдельным её типам. Часть этих процессов совершается быстро, за несколько часов или дней, например, осаждение солей и их растворение, а другие — длятся десятки или сотни тысяч лет, например, разрушение устойчивых силикатов.

Многие элементарные почвенные процессы имеют свои собственные названия:

• образование степного войлока;
• формирование лесной подстилки;
• торфообразование — накопление органики на поверхности почвы;
• гумусово-аккумулятивный (дёрновый) процесс — обогащение верхних слоёв гумусом;
• засоление — кристаллизация солей из почвенного раствора;
• рассоление — вымывание растворимых солей в нижние слои или за пределы почвенного разреза;
• альфегумусовый процесс — миграция в почвенном профиле соединений железа и алюминия вместе с органикой;
• лессиваж — перемещение в почве тонкодисперсных частиц с нисходящим потоком воды;
• оглеение — восстановление железа и марганца в бескислородной среде во влагонасыщенных почвах;
• ожелезнение — высвобождение железа при распаде силикатов и его отложение в форме оксидов и гидроксидов;
• криотурбации — смешивание почвенного материала при его замораживании и оттаивании.

Взаимосвязанные и взаимозависимые почвенные преобразования, затрагивающие весь почвенный слой или концентрирующиеся в определённых зонах, осуществляются в гравитационном поле Земли. Эти процессы, носящие циклический характер, коррелируют с периодичностью поступления на почву солнечной энергии (ежедневные, годовые и долговременные циклы), а также с биологическими ритмами живых существ. Однако, цикличность преобразований не подразумевает полного возвращения почвы в первоначальное состояние. Именно итоги многократно повторяющихся процессов, происходящих в почвенной массе с момента её зарождения, формируют, развивают и эволюционируют почву. Суть процессов и их интенсивность различны в разных частях почвы, при этом глубина оказывает значительное влияние. Почва, будучи открытой системой, также взаимодействует с другими природными комплексами (атмосферой, биотой) посредством взаимного и разнообразного обмена веществами.

Классификация почв

Типы почв

Разнообразие почв в природе обусловлено изменчивостью факторов почвообразования в пространстве и времени, что влияет на процессы, происходившие в почвах в прошлом и происходящие сейчас. До работ Василия Васильевича Докучаева классификация почв основывалась на отдельных характеристиках, таких как химический или гранулометрический состав. Современная генетическая классификация почв базируется на строении почвенного профиля, который отражает процессы формирования, развития и эволюции почв.

Основной единицей классификации является генетический тип. Василий Васильевич Докучаев выделял 10 типов почв, а в современных классификациях их насчитывается более 100. Типы почв разделяются на подтипы, роды, виды, разновидности, разряды и объединяются в классы, ряды, формации, генерации, семейства и ассоциации. Принципы объединения почвенных типов в более крупные группы разнятся в зависимости от классификации: экологический (по условиям почвообразования), эволюционно-генетический (по связям между группами почв), профильно-генетический (по строению почвенных профилей и генезису).

Важной частью классификации почв является диагностика — система объективных признаков, позволяющая разделить почвы на всех уровнях таксономии. Диагностические признаки особенно важны для определения типов почв и более низких таксономических единиц, поскольку на большинстве почвенных карт выделяют именно их ареалы. Прикладные группировки почв (агропроизводственные, мелиоративные, лесоводственные) имеют большое практическое значение.

В пределах Российской Федерации можно выделить большое разнообразие почвенных типов. Основные из них: подзолы, глеевые почвы тундры, арктические разновидности, мерзлотные таёжные почвы, серые и бурые лесные образования, а также каштановые почвы.

В мире существует множество национальных классификаций почв, охватывающих почвенный покров всей планеты (например, классификации США и Франции). Мировая реферативная база почвенных ресурсов создана на базе легенды к Почвенной карте мира ЮНЕСКО.

Значение почв

Ключевое значение почв обусловлено их ролью в поддержании жизни на планете. Они формируют оптимальную среду для развития как дикорастущей растительности, так и сельскохозяйственных культур, обеспечивая необходимый баланс влаги и кислорода для корневых систем и поставляя им минеральные вещества. Почвы создают богатое разнообразие экологических ниш для живущих в них организмов, выступая в роли глобального регулятора и фильтра водных ресурсов.

Посредством процессов дыхания и поглощения газов почвы влияют на состав атмосферы, соединяя геологический и биологический циклы веществ, а также накапливают загрязняющие элементы как в активной, так и в стабильной форме. Согласно концепции Виктора Оганесовича Таргульяна, почва — это «память биосферы», фиксирующая в своём строении изменения условий окружающей среды на протяжении геологических эпох.

Литература

• Почвоведение. В 2 ч. / Под ред. В. А. Ковды, Б. Г. Розанова — М.: Высш. шк., 1988. — ISBN 5-06-001159-3, ISBN 5-06-001195-X
• Теории и методы физики почв / Под ред. Е. В. Шеина и Л. О. Карпачевского. — М.: «Гриф и К», 2007. — ISBN 978-5-8125-0921-7