Александр Перельман - Биокосные системы Земли

Не будет преувеличением сказать, что почвоведение стало одной из фундаментальных естественно-исторических наук о Земле. «Именно здесь, в почвах, сосредоточена геологическая работа живого вещества; именно в почвах готовится тот материал континентальных и морских отложений, из которых в дальнейшем образуются новые породы. Но в то же время в почвах в наибольшей степени сосредоточены и те процессы, совокупность которых обусловливает эволюцию органического мира. Здесь разыгрываются многообразные формы борьбы за существование и приспособления организмов к изменяющимся условиям их жизни, создаются многообразные сообщества (биоценозы) и формируются новые виды многочисленных низших и высших растений. Этим определяется значение в естествознании и новой области явлений — почвенной пленки и новой, посвященной ей, науки — почвоведения», — писал Б. Б. Полынов в 1947 г. [4] Полынов Б. Б. Основные идеи учения о генезисе элювиальных почв в современном освещении. — В кн.: Избр. труды. М., 1956, с. 411.

Глубокие исследования сущности почвообразовательного процесса позволили использовать почвоведение для решения самых различных практических вопросов в сельском хозяйстве (агрономическое почвоведение), лесоводстве (лесное почвоведение), мелиорации (мелиоративное почвоведение), дорожном строительстве (дорожное почвоведение и грунтоведение), медицине (санитарное почвоведение), при поисках полезных ископаемых и т. д.

Геохимические идеи в почвоведении.С начала XX в. развиваются исследования почв, по своей методологии близкие к зарождавшейся в то время геохимии. Крупным представителем этого направления стал последователь Докучаева профессор Петербургского лесного института П. С. Коссович (1862—1915). Его работа о круговороте серы и хлора на земном шаре и по названию и по существу была чисто геохимической. Пересчет химических анализов «по Коссовичу» позволял оценивать интенсивность миграции химических элементов в почве.

Константин Каэтанович ГЕДРОЙЦ (1872—1932)

Учеником и сотрудником Коссовича был один из наиболее ярких представителей докучаевского почвоведения — К. К. Гедройц. Его труды оказали огромное влияние на современников. В 20—30-е годы почвоведение в Советском Союзе, а частично и в других странах, переживало, как сказал Б. Б. Полынов, «гедройцевскую эпоху». Однако начало деятельности К. К. Гедройца было более чем скромным. Многие годы (1908—1921) его труды не привлекали большого внимания русских почвоведов, увлеченных главным направлением тогдашней науки — изучением почв огромных просторов России. Такие работы имели явную практическую направленность; на них выделялись немалые средства, и, что также имело немаловажное значение, во главе почвенно-географических работ стоял непосредственный ученик В. В. Докучаева, крупный ученый и хороший организатор К. Д. Глинка. Он объединил под своим руководством большой коллектив почвоведов-географов, из которых позднее вышли многие известные ученые. (В советское время К. Д. Глинка стал первым почвоведом — действительным членом Академии наук, в 1927 г. был назначен директором Почвенного института им. Докучаева).

Константин Дмитриевич ГЛИНКА (1807—1027)

На фоне почвенно-географических работ, поражавших воображение своим размахом, привлекавших ученых полной неисследованностью таких районов, как амурская тайга, Забайкалье, горы Алтая и Тянь-Шаня, скромные лабораторные опыты, проводимые Гедройцем почти в одиночку, казались узким, частным вопросом. Этому немало способствовали и личные качества Гедройца, и, вероятно, его профессия химика-почвоведа, требовавшая углубленной, сосредоточенной, спокойной, внешне однообразной работы в лаборатории. Гедройц не любил шумную аудиторию. Он предпочитал уединение, чтобы решить по существу один научный вопрос, занимавший его с 1908 по 1932 г., — о поглотительной способности почв.

Само явление поглощения было довольно обстоятельно изучено задолго до работ Гедройца. Почвоведы знали, что почва способна поглощать газы, пары и растворенные вещества, что при фильтрации растворов часть растворенных веществ поглощается почвой, а в раствор переходят некоторые вещества из твердой фазы. Таким образом, почва как бы обменивала одни элементы на другие. Было также установлено, что поглотительной способностью преимущественно обладает наиболее тонкая (высокодисперсная) фракция почвы, главным образом почвенные коллоиды с величиной частиц менее 0,25 мк (2,5·10 -4см). Изучению почвенных коллоидов и их обменной поглотительной способности и посвятил свои многолетние исследования Гедройц. Он нарисовал новую картину самого явления, объяснил его сущность и, что самое главное, показал огромную роль его в жизни почвы, а также при решении вопросов мелиорации, удобрения, обработки почв. В результате развитию почвоведения был дан мощный импульс.

Что же установил Гедройц?

Фракцию почвы, обладающую поглотительной способностью, ученый назвал почвенным поглощающим комплексом (ПК). Гедройц доказал, что комплекс содержит катионы, способные обмениваться на катионы, находящиеся в растворе, причем обменная реакция обратима, а сам обмен носит эквивалентный характер, например:

Как видим, в твердой части почвы в обменном состоянии находится двухвалентный катион (Са 2+), а в растворе — хлорид одновалентного металла натрия, диссоциировавший на катион (Na +) и анион (Cl -). Катион натрия из раствора (Na +) поглощается ПК, а взамен из ПК в раствор переходит обменный катион Са 2+. Вскоре между ПК и раствором наступит равновесие — в ПК и в растворе будут Са 2+и Na +. Но если процесс протекает в динамическом режиме, т. е. в почву поступают все новые и новые порции раствора (например, при засолении грунтовыми водами), то постепенно состав ПК может измениться и в нем вместо Са 2+начнет преобладать Na +(рис. 1).

Исследования Гедройца показали, что в ПК почти всех почв входят обменные кальций и магний, в некоторых почвах содержатся также обменный натрий и водородный ион (Н +).

Позднее сам Гедройц и особенно его ученики и последователи доказали, что среди обменных катионов могут присутствовать также алюминий (Al 3+), марганец (Mn 2+) железо (Fe 2+), аммоний (NH 4 +), калий (K +), микроэлементы — Ba 2+, Sr 2+, Cu 2+, Ni 2+и т. д.

В некоторых почвах ПК содержит и обменные анионы — SO 4 2-, Cl -, PO 4 3-и др. Общее количество обменных катионов в почве обычно не превышает 1%, однако их роль отнюдь не пропорциональна количеству — она исключительно велика и определяет многие важнейшие характеристики почв, своеобразие отдельных типов. Различия, между черноземными, подзолистыми, солонцовыми и другими почвами Гедройц объяснял с позиций своего учения о поглощающем комплексе.