ОБ
ЭКОЛОГИЧЕСКОМ СОДЕРЖАНИИ ФОРМУЛЫ «ДОКУЧАЕВА-ЙЕННИ»
В РЕКУЛЬТИВАЦИОННОМ
ПОЧВОВЕДЕНИИ
А.В.Накаряков, В.А.Щербинин (rekultivation@psu.ru)
Пермский
университет
// Экология фундаментальная
и прикладная. Проблемы урбанизации. Екатеринбург, изд-во УрГУ,
В.В.Докучаев
в конце 19 века сформулировал, а Г.Йенни в середине 20
века записал определение почвы и почвообразования в виде математического
алгоритма. Это определение по существу явилось первой математической моделью
объединяющей экологические факторы в экосистему.
Где: S-
почва, сl – климат, о – организмы, r – рельеф, р – порода, t –
время.
Эта
формула, опубликованная в 1941 году, впоследствии стала широко известна во всех
странах мира. В СССР не все и не сразу заметили, что по научному содержанию
Г.Йенни лишь последователь и математический оформитель
научной продукции В.В.Докучаева.
Равнозначность
экологических факторов по В.В.Докучаеву означает, что: во-первых, нет
почв, образовавшихся без какого-либо из факторов; во-вторых, - невозможно
какое-либо изменение любого из факторов, чтобы адекватно не изменилась почва.
Другое дело, что доступные методы исследования не всегда достаточно точны, чтобы
замерить все эволюционные изменения почв.
В
последние полвека в связи с взрывным ростом добычи сырья и строительства
интенсивно растут площади земель с уничтоженным почвенным покровом. При этом
земная поверхность на таких участках образуется различными грунтами «непочвенного характера». В тех местах, где поверхностный
грунт не содержит токсических веществ и имеет достаточную емкость ионного
обмена, уже в первые годы хорошо растут бобовые растения. При внесении азотных
удобрений также хорошо растут злаковые и другие растения, не обладающие
способностью к симбиотическому питанию азотом.
Такие
явления не укладываются в привычные представления о почве, как носительнице
плодородия, сложившиеся со времен В.Р.Вильямса. Возникает необходимость
соотнесения классических представлений о почве и ее плодородии с новыми фактами,
полученными в рекультивации – научной дисциплине (Б.П.Колесников,1974),
призванной обеспечивать теоретическое обоснование восстановления продуктивности
техногенных ландшафтов.
Первая
попытка «ноосферного» подхода к понятиям о почве и ее
плодородии (Бермана, Трофимов, 1974), получила развитие и оформилась в концепцию
расширения теоретической базы почвоведения, включения в нее почв техногенных
ландшафтов (Таргульян, Соколов,1978; Таргульян, Соколова,1996; Герасимова и др.,2003; Андроханов и и др., 2004). Почвы техногенных ландшафтов включены в
современную Классификацию почв России (1997). Общетеоретические представления о
классификации техногенных почв остаются эволиционирующими, дискуссионными. Представления о
плодородии техногенных почв пока остаются в стороне от прямого
обсуждения.
Авторами
основные понятия рекультивационного почвоведения
обсуждаются на основании обобщения экспериментальных исследований по
рекультивации отработанных россыпей и выработанных торфяников Урала (Накаряков,
Щербинин,2004; Гаджиев, Накаряков,2004; Накаряков,2004). Такие исследования
ведутся в Пермском университете с 1971 года.
Основа
позиции авторов – вышеприведенная формула «Докучаева-Йенни». Эвристический потенциал этой
почвенно-экологической формулы в рекультивационном
почвоведении пока используется недостаточно. Предельно лаконично формула «Докучаева-Йенни» может быть представлена всего двумя словами
«зональность → профильность». Следовательно,
техногенные почвы в классификации в принципе не могут быть выделены на уровне
особого таксона. Итоговым продуктом почвообразования в техногенных ландшафтах
будут не новые «-земы», а
зональные почвы, адекватные комбинации факторов в формуле «Докучаева-Йенни». При этом сторонникам «эмбриоземов» следовало бы указать, что они считают
защитной «утробой» для этих почв и когда эти почвы выйдут во внешнюю среду.
Все-таки эмбриональная стадия по смыслу прочно закреплена за внутриутробным
этапом развития организмов.
Очевидно,
что любое местоположение в техногенных ландшафтах с момента экспонирования на
земной поверхности полностью соответствует понятию «почва», заключенному в
формуле «Докучаева-Йенни». Все факторы присутствуют,
но значение их обобщающей функции – профиль почвы – проявляется пропорционально
времени и исторически эволюционирующему комплексу организмов (живых и мертвых).
За время зрелости – несколько тысяч лет – любой техногенный ландшафт развивается
в зональную экосистему с зональными почвами, адекватными комплексу факторов
почвообразования. Отсюда следует рациональная редакция докучаевского определения почвы в рекультивационном почвоведении «Почва – это верхняя часть рыхлой
земной коры, дифференцированная на генетические почвенные горизонты в
соответствии с биологической и экологической историей местоположения. В
экологическом отношении почва должна оптимизировать водно-воздушный, пищевой и, отчасти, тепловой режимы и
обеспечивать переработку метаболитов до исходного «сырья», потребляемого
растениями – аммиака, углекислоты, воды, элементов минерального питания
растений»
Соответственно
в почвах техногенных ландшафтов с очевидностью выделяются четыре временные стадии эволюции:
1. Свежие
поверхности, нет никаких признаков горизонтов, – стадия «техногенных элювиев» -
Ф.К.Рагим-Заде (1977). На токсичных субстратах эта
стадия более длительная, обратнопропорциональна
периоду биологической активности (число дней с t° +10, не
лимитированных по увлажнению).
2.
«Инициальные почвы» - стадия явно стартовавшего почвообразования, должны быть
заметными первые горизонты, например, лесная подстилка.
3.
«Молодые почвы» - стадия «детского» профиля – должны быть заметны горизонты,
позволяющие прогнозировать будущую почву.
4. «Прозональные почвы» - профиль приближается к зональным
почвам, например, «карликовые подзолы клевера», маломощные
черноземы.
Плодородие
почвы – второе базовое понятие рекультивационного
почвоведения. У рыхлых
горных пород при анализе конкретных характеристик достаточно много общего, в
субстратном плане, с массой А1 как эталоном
"почвы - плодородного вещества" - имеются поры разного размера и в достаточно
большой доле от объема, есть водоудерживающая способность, подвижные формы
фосфатов и калия.
Активное воздействие корней на среду - выделение
кислот, ферментов и других активных соединений,
ускоряет диффузию ионов с твердой фазы в раствор. В этом плане глинистая безгумусная коллоидная фаза рыхлых пород - достаточно благодатный субстрат для корней. Они не конкурируют за пищу с
только нарождающейся ещё почвенной биотой (существенная разница по сравнению с зональными почвами). Коллоидная фаза "зрелых зональных почв" представлена главным образом органо-минеральными и
гумусовыми комплексами. Здесь нет "свободных фондов фитопригодного химически активного вещества"
- всё задействовано и пущено в биологический круговорот предшествующими поколениями организмов, сформировавших почву как "биокосное тело". Формируется новая система компартментов – на основе коацервации живого, органического
и минерального. Привлечение концепции «компартментации» (Карпачевский,
Зубкова,2003; Накаряков,2004) показывает, что новые поколения растений в
зональных почвах усваивают то, что
высвобождено уходящими поколениями (через почвенные циклы круговорота) либо
внесено в виде удобрений. Таким образом, плодородие пород можно предварительно
назвать «фаза плодородия свободных фондов», а плодородие почв – «фаза стабильной
компартментной регуляции».
Изложенные обстоятельства в
существенной мере снимают "сенсационный характер" с фактов
получения "необъяснимо высоких урожаев" на некоторых породах, слагающих
отвалы. Со временем выяснилось, что мелкозёмные породы, даже лессы, в качестве пашни значительно менее "технологичны" по сравнению с зональными почвами
- растения на них, особенно многолетние
травы, резко снижают продуктивность при уплотнении вследствие выпаса скота или технологических проходов техники в процессе
эксплуатации рекультивированных земель. Информация, полученная в
"рекультивационном почвоведении", в целом только подтвердила незаменимость
почвы как средства производства продовольствия.
Строго говоря, в плодородии на
почву приходится лишь способность оптимизировать за счет своих особых качеств
водно-воздушный, пищевой, в
некоторой степени тепловой режимы для растений и замыкание циклов круговорота жизненно важных
элементов. В плане расширения общетеоретической
базы почвоведения (Таргульян,1983) за почвой можно считать три атрибутивных
признака: поверхностное положение, профильность и
замыкаемость циклов биофильных элементов.
Библиографический
список
Андроханов В.А., Куляпина Е.Д., Курачев В.М. Почвы техногенных ландшафтов: генезис и
рекультивация. Новосибирск.Изд-во СО РАН, 2004.
Берман Д.И., Трофимов С.С. К определению понятий о почве
и ее плодородии // Проблемы рекультивации земель в СССР. – Новосибирск: Наука,
1974. С. 25-30.
Гаджиев И.М., Накаряков А.В. Обобщенная модель
химического состояния почвы // Сохраним планету Земля: Доклады международного
экологического форума. СПб., 2004. С. 383-388.
Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы.М.2003.
Колесников Б.П. О научных
основах биологической рекультивации техногенных
ландшафтов// Проблемы рекультивации
земель в СССР. – Новосибирск:
Наука, 1974. С. 12-25.
А.В.Накаряков, В.А.Щербинин.
Об общности почвенно-теоретической прблематики
озеленения городов и рекультивации земель. // Сохраним планету Земля: Сборник
докладов Международного экологического форума, 1-5 марта 2004 года; СПб./ Под
ред. Б.Ф.Апарина; Центральный музей почвоведения им.
В.В.Докучаева, СПб; 2004. - С. 285-290.
Накаряков А.В. Компартментная
организация почвы как основа почвенного метаболизма в естественных и аграрных
экосистемах//Материалы научной сессии по фундаментальному почвоведению. М., МГУ,
2004.с.84-85.
Рагим-Заде Ф.К. Техногенные элювии вскрышных пород угольных
месторождений Сибири, оценка их потенциального плодородия и пригодности для
восстановления почвенного покрова. Автореф. канд.
дисс. Новосибирск, 1977.
Таргульян В.О. Экзогенез и педогенез:
расширение теоретической базы почвоведегния // Вестн. Моск. ун-та. Сер.17 –
Почвоведение. 1983. № 1.С.33-42.
Таргульян В.О., Соколов И.А. Структурный и функциональный подход
к почве: «почва – память» и «почва – момент» // Математическое моделирование в
экологии. М.: Наука, 1978. С.54-67.
Таргульян В.О.,Соколова Т.А. Почва как
биокосная природная система: «реактор», «память» и
регулятор биосферных взаимодействий // Почвоведение. 1996. №1.
С.34-47.