Возрастание содержания коллоидов в ряду исходные горные породы — почвы — живые организмы есть закономерное следствие эволюции природных процессов по пути их интенсификации, которая оказывается невозможной без раздробления первичного материала и резкого увеличения общей площади активного взаимодействия. Можно привести немало примеров тесной зависимости скорости и результативности того или иного процесса от степени «помола» исходных продуктов. Так, по данным Л.О. Карпачевского (1981), скорость разложения микроорганизмами растительного опада в лесу снижается в несколько раз, если он предварительно не обработан и не измельчен почвообитающими беспозвоночными животными, которые играют роль превосходной мельницы. Например, общая поверхность хвоинки, попавшей в подстилку, после измельчения ее почвенными орибатидами увеличивается в 10 тыс. раз. Человек также испытывает на себе действие отмеченной общей закономерности. Так, из грибов, высушенных целиком, белки усваиваются организмом на 65 %, а в случае мелкоизмельченных грибов усвоение достигает 90 %.
Кроме специфической размерности слагающих почвенную массу частиц, для почвы характерно и особое соотношение фазовых состояний вещества. Если в массивно-кристаллических породах вещество представлено почти нацело твердой фазой, то в почвах одновременно, часто на равноправных началах, присутствуют твердая, жидкая и газообразная фазы. Это оказывается возможным прежде всего благодаря оструктуренности и трещиноватости почвы, делающим ее пористым телом. Поры и трещины в почвах занимают обычно 40–60 % общего объема и заполнены воздухом и водой.
Для почвы характерно также наличие разнообразных органических и минеральных соединений, возникающих главным образом в результате почвообразовательного процесса. Ими являются прежде всего основные составляющие почвенного гумуса — гуминовые кислоты и фульвокислоты — высокомолекулярные соединения, которые, по мнению Д.С. Орлова (1974), следует рассматривать как особый класс химических веществ. В почве также содержатся различные органические продукты выделения и разложения растений и животных: белки, углеводы, жиры, лигнин, воск, смолы, органические кислоты (щавелевая, янтарная, муравьиная, уксусная, лимонная и др.). Эти соединения являются важным поставщиком материала для гумусообразования.
Органическое вещество играет исключительную роль в жизни почв. Оно определяет многие составляющие почвообразовательного процесса (растворение минералов, оструктуривание мелкозема, обменное поглощение химических элементов), а также является источником энергии и питательных соединений для живых организмов, связанных с почвой.
Своеобразны состав и характер изменения минералов почвы. Основной особенностью является разрушение первичных минералов исходных пород и образование вторичных минералов, прежде всего глинистых.
Перечисленные особенности строения и состава почвы в значительной мере обусловливают и важнейшие ее свойства. Среди них в числе первых отметим способность чутко реагировать на изменения окружающей среды, изменяться и приходить в соответствие с ней, что возможно прежде всего благодаря влаго- и теплопроводности почвенных горизонтов. В результате жизненные ритмы почвы во многом сходны с другими природными ритмами, например климатическими. Это оказывается весьма важным обстоятельством, поскольку согласованность изменения почв и других компонентов ландшафта обеспечивает их взаимосвязь и устойчивость. От этого особенно зависит благополучие высших растений, часть которых находится в воздушной среде, а часть — в почвенной.
В ходе длительной эволюции растительные организмы приспособились не только к перепадам тепла, влаги, освещенности, но и к самому порядку изменения этих важнейших составляющих условий существования. Причем, если изменения воздушной и почвенной среды оказываются в явном несоответствии, растения находятся в угнетенном состоянии, их видовое разнообразие уменьшается, а в экстремальных условиях наблюдается обеднение или полное исчезновение высшей растительности.
Говоря о чуткой реакции почв на колебания внешней среды, следует отметить, что эта реакция не является мгновенной и полностью адекватной. Она отличается постепенностью и плавностью, поскольку для почвы характерно другое важное свойство — буферность, т. е. способность сглаживать резкие перепады своей влажности, температуры, обеспеченности элементами питания при сильных изменениях климата и других факторов. Эта тенденция к определенному постоянству внутренней среды (гомеостаз почвы) оказывается возможной благодаря наличию в почвенном мелкоземе запасов воды, энергии, подвижных химических соединений, которые могут выполнять функцию регуляторных механизмов. Так, в сильную жару перегрев почвы блокируется испарением почвенной влаги, которое связано с затратами энергии. В результате даже в пустынях Средней Азии температура почв в знойный полдень обычно не поднимается выше 28 °C, в то время как поверхность камней раскаляется до того, что от соприкосновения с ней можно получить ожог.
Буферность почвы имеет исключительное значение для благополучия связанных с ней организмов. По мнению некоторых ученых, она сыграла весьма важную роль в процветании покрытосемянных растений, наиболее продвинутых в эволюционном отношении.
Перечисленные основные свойства почвы делают ее сложноорганизованной функционально-динамической системой, способной успешно осуществлять многочисленные экологические функции, рассмотренные ранее, среди которых особое место занимает почвенное плодородие, зависящее от совокупности свойств и взаимодействия функций почвы.
Глава V. Извечные почвообразователи
Как известно, В.В. Докучаев выделял пять факторов почвообразования: почвообразующие породы, живые и отмершие организмы, климат, возраст страны и рельеф. В современном почвоведении добавляются еще антропогенный и другие факторы.
Рассмотрим вклад основных факторов в формирование почвенного профиля. Проблема эта для почвоведения давняя и в то же время вечно молодая, ибо до сих пор не утихает спор, какой фактор для почвы главнее и как вообще она меняется в зависимости от изменения окружающей среды. Еще несколько десятилетий назад ведущим назывался климат. Считалось, что он чуть ли не единственный определяет границы природных и почвенных зон. При этом полагалось, что каждой зоне соответствует свой единый зональный тип почвы, для которого предполагалась однотипность хозяйственного использования на всей территории его распространения.
Концепция зонального типа почв сыграла определенную положительную роль, но позднее претерпела существенную трансформацию. Первыми возмутителями спокойствия оказались почвоведы, изучавшие почвенный покров бескрайних просторов Сибири: Н.А. Ногина, К.А. Уфимцева, О.В. Макеев, Е.М. Наумов, Н.А. Караваева, И.М. Гаджиев, В.М. Корсунов и др. Они вскрыли принципиально большее разнообразие почвенного покрова лесной зоны и выделили в ней новые генетические типы почв. Почвоведам стало легче дышать, а работа пошла с большим интересом, энтузиазмом и с большей отдачей. Исчезла необходимость считать все почвы лесной зоны подзолистыми, в том числе те, в которых не было осветленного горизонта. Ведь раньше даже если специалист, выкопавший разрез на водоразделе в сибирском хвойном лесу, не обнаруживал под лесной подстилкой горизонта А2, он все равно был вынужден с неизбежной методичностью и обреченностью нарекать почву подзолистой. Того требовала классификация. Правда, если в профиле отсутствовал обособленный осветленный горизонт А2, а имелись лишь отдельные белесоватые пятна, то почву разрешалось относить к особой группе — слабоподзолистых. Ну а если даже и пятнышек осветления не обнаруживалось, то почва получала загадочное название «скрытоподзолистая».
Наряду с концепцией строгой зональности были и крайние суждения, в которых вообще отрицалась объективность существования природных и почвенных зон.
С течением времени острота дискуссии спала — зоны сохранились и на картах, и в научных трудах, но сильно обогатились новыми типами почв. Увеличилось и число учитываемых факторов почвообразования.
В результате родилась новая научная концепция — множественности зональных типов почв и факторов почвообразования. Некоторые положения данной концепции рассматриваются ниже.
Климат и почвы
Жаркий летний день накалил землю, обжег раскидистые кроны деревьев, упрятал в тень все живое. Природа, утомленная борьбой со зноем, ждала спасительного дождя, пребывая почти без движения. Но упали первые капли, прошел живительный ливень, и все вокруг ожило, наполнилось щебетанием птиц, хлопотливой работой муравьев и насекомых. Каждый из нас не раз был свидетелем подобного метаморфоза природы. А короткие сумрачные дни поздней осени и зима с ее вьюгами, трескучими морозами? Как они не похожи на весеннее или летнее погожее время. Сколько динамики, непрерывных перемен вносит в жизнь природы и почв климат Земли! Поэтому уже на заре возникновения почвенной науки уделялось большое внимание влиянию климата на почвы.
Еще в классических работах В.В. Докучаева климат рассматривался как один из важнейших факторов пространственной и временной динамики почв, которая объяснялась сильной изменчивостью климата и постоянным взаимодействием почв с его основными компонентами — теплом и влагой.
Изменчивость климата вызвана несколькими причинами. Главная из них — шарообразность поверхности нашей планеты, в связи с чем солнечные лучи падают на нее в различных широтах под разным углом, принося с собой неодинаковое количество тепла. В результате с севера на юг отчетливо выделяется несколько различных климатических поясов. Соответственно климатическим поясам (в первую очередь в пределах равнинных территорий) обособляются природные зоны, характеризующиеся особой растительностью, животным миром, почвами, грунтовыми водами.
Характер изменения почв по зонам удобнее всего проследить на примере Русской равнины, которая раскинулась от берегов Северного Ледовитого океана до теплого Черного моря.