Александр Перельман - Биокосные системы Земли

Химические элементы находятся в почвах в различных формах: в виде свободных ионов в растворе, в поглощенном и рассеянном состоянии, входят в органическое вещество и неорганические соединения — минералы. Содержание последних особенно велико и часто составляет 95—99% веса почвы. Поэтому так важно минералогогеохимическое изучение почв.

Биологические явления в почвах всегда привлекали внимание исследователей: развивалась почвенная микробиология, изучались почвенная флора и фауна (например, черви, грызуны). Однако первые десятилетия развития докучаевского почвоведения были отмечены, как мы убедились, преимущественно вниманием к проблемам географии и химии почв. Несколько особняком в эти годы стоял Б. Р. Вильямс (1863—1939), который главное внимание уделял именно биологическим аспектам почвообразования; применял он и системный подход. Для творчества Вильямса были характерны крупные обобщения; ученый полагал, что сущность почвообразования заключается в создании и разрушении органического вещества.

В построениях Вильямса имелись и ошибочные положения. Сейчас эти вопросы уже решены временем, в связи с чем возникла возможность в исторической перспективе объективно оценить вклад В. Р. Вильямса в науку и практику. Отвергая слабые стороны в творчестве ученого, его неправильные рекомендации, следует отдать должное его научным достижениям. Вдумчивый исследователь в трудах Вильямса еще долго будет находить пищу для размышлений и движения вперед.

В дальнейшем с внедрением в почвоведение геохимических идей Вернадского изучение почв как биокосных систем приобрело значительное распространение. Важную роль здесь играли труды Б. Б. Полынова и его школы, И. В. Тюрина, Н. П. Ремезова. М. М. Кононовой и многих других почвоведов. Попробуем рассмотреть эту проблему с современных геохимических позиций.

Несомненно, важнейшая особенность почв связана с работой живого вещества, преимущественно микроорганизмов, разлагающих органические остатки. Миллионы и миллиарды микроорганизмов обнаружены в каждом грамме почвы; они пронизывают все вещество почвы, находятся в почвенных растворах самых тонких капилляров.

В ходе разложения органических веществ освобождается энергия, аккумулированная при фотосинтезе, причем не только в тепловой, но и в химической работоспособной форме. Именно в этих процессах автор усматривает сущность почвообразования, полагая, что вторая составляющая, намеченная Вильямсом, — образование органического вещества — имеет хотя и важное, но все же подчиненное значение.

Разлагая остатки растений и животных, микроорганизмы изменяют состав почвенного раствора и воздуха, обогащая последний CO 2, СН 4, NH 3и другими газами. Почвенные растворы, насыщаясь CO 2, органическими кислотами и другими соединениями, становятся химически высокоактивными, они разлагают минералы, выполняют большую работу по их выветриванию.

Поэтому, чем быстрее в почве разлагается органическое вещество, тем богаче она химически работоспособной энергией тем дальше она от равновесия. Почвы — неравновесные, чрезвычайно динамичные биокосные системы, богатые свободной энергией. С этим связаны дифференциация вещества в почвенном профиле, его неоднородность, и в частности расчленение по вертикали на горизонты и подгоризонты — А 0, A 1, А 2, В 1, В 2, В 3и т. д. (рис. 3). В некоторых почвах на расстоянии 0,5 м по вертикали резко меняются физико-химические условия и, например, кислая среда в поверхностном горизонте может смениться щелочной на глубине 20 см.

Таким образом, однородная, однообразная материнская горная порода в результате почвообразования превращается в чрезвычайно неоднородное тело. Но разнообразие — это информационная характеристика, так как с самых общих позиций понятие «информация» близко к понятию разнообразия. Поэтому почвообразование характеризуется не только накоплением энергии, но и накоплением информации, это процесс эндоэнергетический и антиэнтропийный (негэнтропийный). Почва — система, богатая информацией!

Рис. 3. Профиль солонца (по М. А. Глазовской, 1972). Для этих почв особенно характерны резкая дифференциация вещества, образование профиля, включающего в себя много генетических горизонтов.

Генетические горизонты: 1 — надсолонцовый гумусово-элювиальный; 2 — иллювиальный солонцовый; 3 — иллювиальный карбонатный; 4 — иллювиальный гипсовый, 5 — иллювиальный солевой; 6 — почвообразующая порода (карбонатная, гипсоносная, засоленная). На небольшом расстоянии по вертикали (не более 0,5 м) меняются щелочно-кислотные условия