Текст книги "История и методология почвоведения"

В течение XIX в. активно шло открытие новых специальных учебных заведений в разных странах: Тарандская (1830) и Гогенгеймская (1847) академии в Германии, Сиренчестерская академия (1845) в Англии, Версальский институт (1849) во Франции, Альтенбургский институт (1850) в Австро-Венгрии (теперь территория Германии), Мичиганский колледж (1857) в США, Кашинский институт (1859) в Италии, Брюссельский институт (1860) в Бельгии.

В России во второй половине XIX в. были открыты: Петербургское земледельческое училище (1849), Харьковское (1854), Казанское (1861), Саратовское (1864), Уманское (1865), Херсонское (1874), Красноуфимское (1889) земледельческие училища. Среди них необходимо отметить Марьино-горское училище Игуменского уезда, открытое в 1876 г. и существующее до наших дней. На территории России было организовано свыше 200 сельскохозяйственных училищ, школ и учебных ферм низшего разряда.

Важнейшими событиями периода разрозненных фактов о почвах, первичном их использовании и изучении являются:

♦ неолитическая революция, переход от охоты и собирательства к земледелию, интерес человека к почве – первые ростки почвоведения (10 тыс. лет назад);

♦ доказательство способности почвы давать урожай;

♦ применение примитивных способов обработки почвы (мотыжное рыхление), выбор почв с определенными физическими свойствами для более легкой обработки, изготовление специальных орудий для рыхления почвы;

♦ установление связи между свойствами почв и их способностью давать урожай;

♦ применение подсечно-огневой системы земледелия, выбор участка леса, наиболее пригодного для выжига и использования в земледелии, применение золы как удобрительного материала;

♦ умение использовать аллювиальные почвы для выращивания культур, требующих не только плодородных почв, но и полива;

♦ зарождение разных видов земледелия в зависимости от свойств почв (поливное, с использованием клубневых растений, кольматаж и др.);

♦ обобщение сведений об использовании почв в работах древних греков (Эмпедокла, Аристотеля, Эратосфена, Геродота, Феофраста и др.) – о строении и плодородии почвы;

♦ зарождение римской агрикультуры (работы Катона, Варрона, Гая Плиния Старшего, трактат Калумеллы «О сельском хозяйстве» (классификация почв и удобрений);

♦ начало земельно-кадастровых работ в эпоху феодализма, китайские кадастры, «Геопоники» Византии, землеоценочные акты в странах Западной Европы (Германия, Франция, Англия), оценочные работы в ВКЛ, писцовые книги в России;

♦ работы Альберта Великого о взаимосвязи почвы и воды, о применении удобрений, о качестве воды для орошения;

♦ гипотезы о роли почвы в питании растений (работы Б. Палиссии о питании растений «солями почвы», И.Г. Валериуса о сущности гумуса, путях его образования и роли в питании растений);

♦ гумусовоя теория питания растений в работах А.Д. Тэера;

♦ закон убывающего плодородия в работах А.Р.Ж. Тюрго;

♦ подходы к изучению почв в работах В.Н. Татищева, М.В. Ломоносова, А.Т. Болотова, П.С. Палласа, И.М. Комова и др.;

♦ развитие гумусовой теории питания растений в работах Г. Дэви, Й. Берцелиуса, К. Шпренгеля и др.;

♦ теория минерального питания растений Ю. Либиха;

♦ работы Б. Буссенго об азотном питании растений;

♦ вегетационные опыты как методы исследований почв;

♦ формирование агрогеологического направления почвенных исследований как альтернатива агрономическому (работы Ф. Фаллу, А. Майера, А. Петцгольда, В.М. Севергина и др.);

♦ работа Ч. Дарвина по биологии почв, зарождение биологического направления в почвоведении;

♦ начало почвенной картографии (работы С. Сташица, А.И. Гроссул-Толстого, К.С. Веселовского, В.И. Чаславского);

♦ открытие учебных заведений с агрономическими специальностями;

♦ изучение почв и почвоведения в учебных заведениях Западной Европы, России, Беларуси;

♦ преподавательская и научная работа М.Н. Очаповского;

♦ преподавательская и научная работа А.В. Советова, Н.П. Адамова, С.М. Усова и др.;

♦ организация Новоалександрийского института сельского хозяйства и лесоводства – учебного и научного почвоведческого центра;

♦ деятельность В.В. Докучаева, Н.М. Сибирцева, К.Д. Глинки и других ученых в Новоалександрийском институте сельского хозяйства и лесоводства.

Глава 2
Разработка теоретических основ, дифференциация почвоведения как науки

Проблема образования и распространения черноземных почв решалась не одно столетие. В итоге обобщения накопленных сведений и проведения новых исследований было сформулировано несколько теорий происхождения черноземов. Наиболее обоснованными из них были следующие.

Английский геолог Р. Мурчисон (1792–1871) предлагал морскую гипотезу образования черноземов России, которую поддерживал профессор Юрьевского университета А. Петцгольд. Суть гипотезы заключалась в том, что черноземы образовались из морского ила после отступления Черного и Каспийского морей.

Палеонтолог Э.И. Эйхвальд (1795–1876) предлагал болотную гипотезу образования черноземов, согласно которой в прошлом большие территории России были заняты болотами и тундрами (ранее об этом писал Геродот), после высыхания которых постепенно образовались черноземы. Эту теорию поддерживал геолог Н.Д. Борисяк.

Разновидностью болотной гипотезы была ледниково-морская теория геолога Ф.Ф. Вангенгейма фон Квалена. По его мнению, ледниковые воды принесли с севера и отложили на поверхности большое количество торфа и растительных частиц, из которых постепенно образовался чернозем.

Гипотеза А. Шмидта имела геобиологическое направление и объясняла различия черноземов в зависимости от условий их образования (высоты местности, особенностей климата и других факторов). Этот подход был использован А.И. Гроссул-Толстым при составлении карты черноземных почв Херсонской губернии в 1856 г.

Наиболее обоснованной и признанной была теория растительно-наземного происхождения черноземов, изложенная в книге русского ботаника Ф.И. Рупрехта (1814–1870) «Гео-ботанические исследования о черноземе» (1866), в которой он утверждал, что чернозем – явление ботаническое.

Оценивая заслуги Рупрехта в почвоведении, многие ученые, в том числе и Докучаев, отмечали, что его вклад в исследование черноземов огромен, что он первым на примере черноземов поднял вопрос о возрасте почв.

К растительному происхождению черноземов пришел ЭЛ. Эверсман при исследовании Оренбургских степей.

Необходимо отметить гипотезу Ч. Дарвина (1809–1882) относительно роли организмов в образования почвы, благодаря которой ученый считается родоначальником биологии почв как самостоятельной дисциплины.

Докучаев Василий Васильевич (1846–1903) родился в Смоленской губернии, окончил Петербургский университет в 1871 г. и остался работать на факультете геологии. По заданию Вольного экономического общества занимался изучением русских почв, прежде всего черноземов.

В.В. Докучаев

Наиболее основательно и всесторонне теория происхождения черноземов в виде отдельного учения раскрыта в книге Докучаева «Русский чернозем» (1883). Суть теории состоит в следующем:

♦ материалом для создания черноземов служат органы растений травянистых степей, в первую очередь корневая система;

♦ образование веществ неполного распада органических останков (гумуса) и перемешивание их с минеральной частью на большую глубину и накопление по всему профилю;

♦ формирование морфологического профиля почв с генетическими горизонтами А, В, С.

Комплекс факторов почвообразования определяют как внутренние (морфологические) особенности черноземов, так и границы их распространения.

Именно исследования Докучаева черноземных почв России, его работа над докторской диссертацией и монография «Русский чернозем» стали основой новой научной ветви естествознания – почвоведения. В.И. Вернадский считал, что «чернозем в почвоведении сыграл такую же роль, как лягушка в физиологии».

Итоговым документом исследований черноземов Докучаевым стали изогумусовые карты-таблицы, в которых отражены закономерности связи гумусности почв с географическими условиями. Это стало началом учения Докучаева о факторах почвообразования.

Позже им было сформулировано положение о пяти факторах почвообразования: климате, материнской породе, растительности, рельефе, возрасте страны.

Докучаев организовал несколько крупных экспедиций: Нижегородская (1882–1886), Полтавская (1888–1894), «отдельная» (Каменностепная, 1892–1897), по Буковине, Бессарабии, Средней Азии и Кавказу (1898–1900).

По экспедиционным исследованиям Докучаев обосновал идею зональности почв. Исходя из того, что факторы почвообразования размещаются на Земле в виде поясов или зон, вытянутых параллельно широтам, почвы также должны размещаться зонально. Закон вертикальной зональности почв был установлен Докучаевым в итоге его трехлетних исследований Кавказа, а также Буковины и Бессарабии.

Окончательным обоснованием зональности почв можно считать 1899 год, когда у Докучаева вышли две научные работы: «О зональности в минеральном царстве» и «К учению о зонах природы». В этих работах фактически заложены основы общего географического закона зональности природы. Работы Докучаева высоко оценены Л.С. Бергом, А.А. Григорьевым, И.П. Герасимовым и другими известными географами.

В разработанной Докучаевым классификации почв использован генетический подход.

Докучаев пытался реформировать высшее сельскохозяйственное образование, когда работал директорам Новоалександрийского института сельского хозяйства и лесоводства (1892–1896). В этом учебном заведении была открыта первая в мире кафедра генетического почвоведения, которой заведовал ученик Докучаева Н.М. Сибирцев.

Докучаев во время работы «отдельной» экспедиции, после небывалой засухи 1891 г., разработал план охраны черноземных почв, борьбы с засухой и оздоровления степного сельского хозяйства. Для этих целей был организован стационар «Каменная степь», который включал три крупных объекта: Каменностепной, Старобельский и Велико-Анадольский. Стационар работает до настоящего времени. Теоретические основы охраны и использования почв изложены в книге Докучаева «Наши степи прежде и теперь» (1892).

В 1899 г. осуществилась мечта исследователя – начал выходить научный журнал «Почвоведение» под редакцией его ученика П.В. Отоцкого.

Докучаевым разработана научная концепция, которая включала:

♦ понятие о почве, факторах и процессах почвообразования;

♦ генетическую классификацию почв;

♦ географические закономерности распределения почв (горизонтальная и вертикальная зональность);

♦ картографию почв;

♦ взаимодействие человека и природы.

Каждая из концептуальных составляющих была не только доказана теоретически, но и подтверждена практически (экспериментально), путем экспедиционных (полевых) исследований и проектных разработок. Доказано, что объект исследований почвоведения – почва – представляет собой самостоятельное природное тело, имеющее свое происхождение и только ему одному соответствующие свойства.

Докучаев назвал почву четвертым царством природы (первые три – растительное, животное и минеральное – назвал К. Линней); разработал учение о факторах почвообразования (климат, материнская порода, растительность, рельеф и возраст местности).

В целом теория генетического (докучаевского) почвоведения была принята большинством ученых в качестве образца для решения главных задач почвоведения XX и XXI вв.

Научное наследие Докучаева составляет более 225 серьезных печатных работ, среди которых «Русский чернозем» (1883)», «Наши степи прежде и теперь» (1892), «К учению о зонах природы» (1899) и др.

За относительно короткое время Докучаев основал теоретическое (генетическое) почвоведение, которое воплотило все лучшие достижения в изучении почвы за многовековой период, создал национальную научную почвенную школу, из которой вышли не только всемирно известные почвоведы (Н.М. Сибирцев, К.Д. Глинка, П.В. Отоцкий, С.А. Захаров, М.А. Димо, Л.И. Прасолов, Б.Б. Полынов), но и создатели новых научных направлений (В.И. Вернадский, Ф.Ю. Левинсон-Лессинг, А.М. Краснов, Г.И. Танфильев, Г.Н. Высоцкий и др.).

Непосредственными участниками разработки генетического почвоведения были П.А. Костычев и М.Н. Сибирцев.

Костычев Павел Андреевич (1845–1895) родился в Тамбовской губернии, окончил Петербургский земледельческий институт в 1869 г. В 1893 г. был назначен директором Департамента земледелия России.

П.А. Костычев

Главным научным трудом Костычева является книга «Почвы черноземной области России, их происхождение, состав и свойства», вышедшая в 1885 г.

Он был первым почвоведом, работающим экспериментально.

Костычев наряду с немецким почвоведом М.Э. Вольни (1846–1901) по праву считается основателем почвенной микробиологии. Он установил роль биологических факторов в образовании гумуса. Это высшие растения (накопление органики), почвенные животные (разрушение растительных останков) и микроорганизмы (образование гумуса и полное разрушение органики).

Костычев не признавал роли климата в образовании почв, недооценивал значимость материнских пород в почвообразовании. Как оппонент Докучаева в этих вопросах он разработал новую систему мероприятий по обработке черноземов и их использованию.

Основными научными работами, кроме названной, являются: «Учение об удобрениях почвы»; «Почва, ее обработка и удобрение»; «Курс агрономического почвоведения» и др.

Большие успехи были достигнуты в почвенной картографии. Заслуга в этом прежде всего Докучаева. Он разработал методику почвенно-картографической съемки, при которой учитывались не только характеристики самой почвы, но и другие природные факторы, предложил проводить границы почв по рельефу, контурам растительности, смене горных пород. Этот подход Докучаев использовал при составлении среднемасштабных губернских карт, а также мелкомасштабной карты (схемы) почвенных зон северного полушария и почвенной карты Европейской части России (масштаб 1:2 250 000). Последняя составлена коллективом ученых в следующем составе: Н.М. Сибирцев, Г.И. Танфильев, А.Р. Ферхмин под руководством Докучаева.

Легенда карты имела следующий вид:

A. Почвы зональные:

I. Буроватые почвы южных сухих степей:

I. Светло-бурые (рыжие) суглинки. 2. Светло-бурая (рыжая) и каштановая супеси. 3. Каштановые суглинки.

II. Черноземы:

4. Шоколадный чернозем (суглинистый и глинистый, 4–6% перегноя). 5. Тучный чернозем (суглинистый или глинистый, более 10 % перегноя). 6. Средний чернозем (суглинистый, 4–6% перегноя). 7. Слабосупесчаный чернозем (суглиносу-песь, 4–6% перегноя). 8 Черноземная супесь (3–5 % перегноя). 9. Чернозем глинистый, неразвитый переход от чернозема к грубым неполным почвам.

III. Темно-серые лесостепные и серые лесные почвы:

10. Черноземные почвы на лёссе (близко к черноземной полосе). 11. Темно-серые лесостепные неразвившиеся или смывные, переход к грубым неполным почвам.

IV. Светло-серые почвы Средней России:

14. Дерновые и слабоподзолистые суглинки на лёссе.

15. Дерновые и подзолистые глинистые почвы на плотных, частью мергелеватых глинах (валунных, элювиальных и пр.).

16. Дерновые и подзолистые суглинки и суглиносупеси на валунных и иных песчанистых глинах. 17. Дерновые и подзолистые супеси и глинистые пески 18. Подзолы (иловки, подноры, луды) и др.

B. Интразональные почвы:

19. Солонцы сухих восточных степей. 20. Солонцы черноземной области. 21. Перегнойные почвы на известковых породах (рендзины).

C. Азональные (неполные, недоразвивающиеся) почвы:

22. Грубые и скелетные почвы на известковых горных породах. 23. Грубые и скелетные почвы на силикатных горных породах. 24. Мергелистые и глинисто-сланцевые почвы южного берега Крыма. 25а. Примесь к почвам силикатного хряща. 256. Примесь известкового хряща или валунов. 26. Песчаные почвы. 27. Аллювиальные почвы (почвы пойм). 28. Пресноводные марши. 29. Плавни при устьях южно-русских рек.

D. Поверхностные геологические образования:

30. Рыхлые бугристые пески (дюны). 31. Выходы известковых горных пород. 32. Выходы силикатных пород. 33. Соленые грязи, хаки. 34. Тростниковое болото. 35. Травяной торфяник. 36. Моховой торфяник. 37. Сухая и болотистая тундра.

В целом отмечаются следующие основные черты докучаевского почвенно-картографического метода: типологическая дифференциация почв, а почвенные карты являются картами типов почв. Легенды карт основаны на генетической классификации почв; оценки почв делаются на основе естественно-исторических и экономических показателей.

После смерти Докучаева (1903) работы по обзорным мелкомасштабным картам временно приостановились, и основное внимание было обращено на составление земских и губернских карт России. К 1916 г. почвенные карты земельнооценочных работ были сделаны более чем в 50 губерниях. Земские почвенные карты составлялись в среднем масштабе. В разных губерниях и уездах карты составлялись от 1 до 10 верст в дюйме (1:40 000 – 1:420 000). Иногда в дополнение составлялись детальные карты на небольшие участки – «ключи» некоторых имений (например, Земятчинским и Траншелем имения Пады в Саратовской губернии), опытных станций и опытных полей. Земские карты имели разный внешний вид и содержание. Они различались построением легенд, номенклатурой почв. Каждая почвенная съемка начиналась с разработки легенды. Губернские почвенные карты, составленные Л.И. Прасоловым, С.С. Неуструевым, Н.А. Димо и другими исследователями, отличались друг от друга. В одних применялся геоморфологический подход, в других учитывались свойства почв и т. д.

Сибирцев Николай Михайлович (1860–1900) – ученик и первый помощник Докучаева, родился в Архангельске, окончил Петербургский университет в 1882 г. и был оставлен для работы на кафедре Докучаева.

Н.М. Сибирцев

Усовершенствовал методы полевых исследований почв, предложил методику бонитировки, разработал свою классификацию почв, разделив их на зональные, интразональные и неполные слаборазвитые. Сибирцев написал первый энциклопедический учебник по почвоведению, который получил очень высокую оценку и издавался в 1900, 1901, 1909, 1914 и 1915 гг., переводился на многие иностранные языки.

Большая заслуга в развитии российской почвоведческой ШКОЛЫ принадле– Н.м. Сибирцев жит Д.И. Менделееву и А.В. Советову, которых Докучаев считал своими учителями и советчиками. Именно они пригласили молодого геолога Докучаева работать в черноземной комиссии Вольного экономического общества, а Советов организовал первые экспедиции по изучению черноземов и проложил первую тропу, по которой прошли все почвоведы докучаевской школы.

В то же время были попытки отдельных ученых оспорить значение докучаевского учения. Это была новая волна дискуссии, которую начали Костычев и Залманов при обсуждении труда Докучаева «Русский чернозем» и при защите им докторской диссертации. Основные доводы заключались в том, что почва – часть горной породы, измененная геологическими процессами, а не самостоятельное природное тело. Таких агрогеологических подходов придерживались многие зарубежные почвоведы. Из отечественных почвоведов следует упомянуть Р.В. Ризположенского – профессора Казанского университета, проповедовавшего геобиологический взгляд на почву, а также А.И. Набоких – представителя Новоалександрийского института, отрицавшего оригинальность докучаевского учения о почвах.

Отношение зарубежных почвоведов к генетическому почвоведению выразилось в проведении первой почвенной конференции (Будапешт, 1909) под названием «Агрогеологическая» и создание Международного агрогеологического комитета и научного журнала с аналогичным названием.

Среди зарубежных почвоведов того времени наиболее известными являются М.Э. Вольни, Е.В. Гильгард и др.

М.Э. Вольни

Немецкий почвовед Вольни Мартин Эвальд (1846–1901) – физик, почвовед, профессор Мюнхенского политехникума. Развивал агрикультурфизическое направление в почвоведении, доказывал большое значение физических (наряду с химическими) свойств почв для растений. Внес большой вклад в развитие физики почв, разработал методику изучения физических свойств, раскрыл роль физических свойств почвы в образовании ее плодородия, изучил микробиологические М.Э. Вольни процессы в почвах.

Гильгард Евгений Вальдемар (1833–1916) – американский почвовед, изучающий в первую очередь почвы США, придерживался генетического взгляда на почву Используя преимущественно климатический фактор, разработал классификацию почвы. Исследовал засоленные почвы и пути их освоения и использования. В некоторых научных работах достижения Гильгард а в почвоведении приравниваются к достижениям Докучаева.

Е.В. Гильгард

Необходимо также отметить успехи нидерландского микробиолога Бейеринка Мартина (1851–1931), который первым выделил и описал чистые культуры клубеньковых бактерий, фиксирующие азот из воздуха на корнях бобовых растений. Тем самым он нашел объяснение механизму положительного воздействия бобовых растений на плодородие почвы, которое было известно со времен Древнего Рима.

Таким образом, к концу XIX в. почвоведение окончательно сформиировалось как самостоятельная наука, были определены объект и методы ее исследований, разработаны важные концепции, определены приоритеты научных школ и отдельных ученых.