История и методология почвоведения

Древнеримский период истории почвоведения является продолжением древнегреческого, но отличается значительной самобытностью. Интерес к изучению почвы был вызван в первую очередь бурным развитием агрономии в Италии, которое приходится на период IV в. до н. э. -1 в. н. э.

Начинается данный период с работ Катона Старшего (234–149 гг. до н. э.), наиболее известной из которых является «О земледелии». Катон всесторонне рассматривает роль почвы в земледелии страны. Им разработано много предложений, как и на каких почвах выращивать определенные культуры, как удобрять и обрабатывать почву, как выбрать лучшую почву и др. Особенное внимание уделено роли удобрений при посевах люпина, бобов, вики. Предложены методы осушения заболоченных почв.

Продолжателем Катона был Варрон (116-27 гг. до н. э.). Он считал земледелие самостоятельной наукой, центром внимания которой являются почва и урожай. Правильно подбирая почву под каждую культуру, можно избежать значительных колебаний урожайности по годам независимо от погоды. Варрон впервые классифицировал почвы Италии, выделив до 300 их разновидностей. Он обосновал необходимость введения севооборотов, разработал способы определения физических свойств почвы, ее соленость и другие особенности.

Известный римский ученый Плиний Старший (23–79 гг. н. э.) доказывал, что плодородие почвы снижается в процессе ее использования. В дальнейшем это оказалось предвестником известного закона убывающего плодородия. Против этой точки зрения Плиния выступил Колумелла, доказав, что снижения плодородия можно избежать, правильно подбирая почвы, сорт растений, систему обработки и вид удобрений. Большое внимание ученый уделил опытам. Он считал, что книги учат, но не делают людей мастерами, главную роль в этом играют опыт и практика.

Колумелла впервые классифицировал не только почвы, но и удобрения. Он выделил пять категорий удобрений: навоз, минеральные удобрения, зеленые удобрения, компост и удобрение «земля землей». Роль последних заключалась в том, что на песчаные почвы насыпали глину, а на глинистые – песок и получали высокие урожаи.

К данному периоду надо отнести и работы греческого ученого Страбона (64 г. до н. э. – 24 г. н. э.). Он жил в то время, когда Греция входила в состав Римской империи. В его географических работах («География» в 17 книгах и др.) много места отведено описанию почв разных регионов мира (Азия, Африка, Европа) и определены общие закономерности их распространения.

Особо надо отметить то внимание, которое уделяли почве поэты и философы в античное время. Лукреций (99–55 гг. до н. э.), – римский поэт и философ, который в своей поэме «О природе вещей» пишет о питании древесных растений из почвы, в результате чего она переходит из одного состояния в другое и приобретает качества, ранее отсутствовавшие в ней. Поэт и ученый Вергилий (70–19 гг. до н. э.) в поэме «Георгики» прославляет земледелие, описывает качества почвы, ее обработку, удобрения и даже способы определения некоторых свойств (плотности, солености).

Период VI–XVI вв. практически совпадает с эпохой феодализма в Европе. Этот этап не выявил больших сдвигов в почвоведении, как и во всей науке. Под воздействием религии многие материалистические идеи античных ученых были забыты. Однако отдельные успехи можно отметить в почвоведении Китая, Византии, Германии, Великого Княжества Литовского (ВКЛ) (позже – Речи Посполитой), России.

Китай известен своими исследованиями в оценке земель (кадастр) с учетом плодородия почв, природных и экономических условий. Данные о качестве земель входили в специальные географические описания «Дифанджи», которые велись в течение двух тысячелетий (до 1951 г.). Всего сохранилось 5832 эти описания общим объемом более чем 90 000 томов. В Китае применялись новые, не известные за его границами, виды почвообрабатывающих орудий (плуг с отвалом, бороны и др.), а также удобрения.

Близкими к китайским подходам в использовании и исследовании почв были в то время подходы в Индии и Японии. Например, в Японии учет и использование земель находились под государственным наблюдением. Считалось, что почва находится на перекрестке главных начал:

♦ пяти главных географических точек (центр, юг, север, запад, восток);

♦ пяти главных явлений природы (солнечный свет, жара, ветер, холод, дождь);

♦ пяти основных растений (рис, просо, ячмень, лен, бобы).

Развитие почвоведения в Византии определялось тем, что главную роль в экономике страны играли сельское хозяйство и сбор налогов (ренты) с крестьян. Особенно известна «Византийская сельскохозяйственная энциклопедия», которая вышла в свет в X в. под названием «Геопоники, или Кассиана Басса Схоластика, выборки о сельском хозяйстве». В ней даются описания почв, земледелия, животноводства и других отраслей хозяйства, обобщаются основные их достижения.

Из арабских исследований по почвоведению можно отметить работы, посвященные почвам Аравийского полуострова, где выделялось три вида пустынных почв: дахна (равнинные красные), неруд (возвышенные красные) и харра (каменистые). Начала обсуждаться проблема плодородия почв и возможностей его оценки и повышения. В литературном памятнике Ирана «Кабус-Намэ» (XI в.) написано: «Сей всегда на такой земле, которая себя саму одевает, тогда она и тебя оденет», т. е. растительность считалась мерилом плодородия почв.

Определенный вклад в развитие учения о почве внес известный арабский ученый того времени Ибн Ста, или Авиценна (980-1037), который впервые определил место почвенного покрова среди других сфер Земли.

После распада Римской империи наука Западной Европы длительное время находилась на низком уровне. Это отразилось на развитии хозяйства и использовании почв. Только в VII–VIII вв. начали возрождаться достижения античных ученых и частично использоваться на практике. Среди тех, кто возродил авторитет и развил идеи о почве античных ученых, были Альберт Великий и Петр Кресценций.

Альберт Великий (1193–1280) – немецкий ученый, философ и богослов. В своих работах он писал о сути почвы, ее взаимосвязи с водой, о проблемах обработки почвы, необходимости паров для отдыха почвы и др. Отдельно необходимо отметить его рассуждения о роли органического удобрения почв, что стало началом гумусовой теории питания растений.

Продолжателем идей Альберта Великого и античных ученых был Петр Кресценций (Петр Кресчентиус) (XIII–XIV вв.) – итальянский ученый, автор работы «Про выгоды сельского хозяйства» (середина XIII в.). Его считают основателем современной агрономии. Он впервые творчески обобщил всю античную литературу по земледелию. Работы Кресценция многократно переиздавались и были широко известны в Европе, в том числе в Великом Княжестве Литовском (Речи Посполитой), откуда они, переведенные с польского языка, попали в Россию.

На территории Великого Княжества Литовского в XVI–XVII вв. был хорошо разработан поземельный кадастр, который использовался для налогового обложения крестьян и рабочих повинностей. Земли оценивались по качеству грунтов, среди которых выделяли хороший, средний, плохой, очень плохой, болотистый и песчаный.

На территории России первые сведения об использовании почвы под разные культуры появились в VII–VIII вв. До татаро-монгольского нашествия на Руси земледелие было на относительно высоком уровне. Потом был спад. Только с XIII в. проявляется интерес к земле, появились ее кадастровые оценки, улучшилось использование.

Более объективные сведения о состоянии и особенностях использования почв есть в рукописях XV–XVII вв. (до реформы Петра I), когда в России велись «Писцовые книги». В них описано разделение пахотных земель по плодородию на худые, средние, хорошо-худые и хорошие.

Особенно высоким уровень агрономических знаний был на севере России (Двинская и Архангельская земли). Тут была своя классификация пахотных и пастбищных земель, по которой эти земли делились согласно производительности на пять рангов с учетом каждой сельскохозяйственной культуры.

Для организации взимания налогов с поместий было создано специальное учреждение – поместный приказ, в котором служители (писцы) вели записи в писцовых книгах о качестве земель. Земли делились по плодородию на добрые, средние и худые. Этим было положено начало бонитировки почв. Писцовые книги велись до 1718 г., когда Петр I заменил поместный земельный налог на подушный.

Необходимо отметить работы периода географических открытий, когда описание новых земель в большинстве случаев касалось и почв, закономерностей их распространения, плодородия, использования. В качестве примера можно привести работы Ибн Батуты (XIV в., Африка, Близкий Восток, Индия, Индонезия, Китай), Марко Поло (XIII–XIV вв., Малая Азия, Иран, Памир, пустыни Гоби, Такла-Макан и др.), Афанасия Никитина «Путешествие в Индию и обратно» и др.

Большое значение имели труды русских землепроходцев, которые открывали, осваивали и изучали Сибирь (Е.П. Хабаров, П.И. Годунов, С. И. Дежнев и др.). В 1667 г. П.И. Годунов составил первый «Чертеж Сибири», а в конце XVII в. С. У. Ремезов – «Чертежную книгу Сибири» (атлас из 23 карт, в которых большое внимание уделялось почвам).

1.3. Первые труды об образовании почв, их плодородии и роли в питании растений, зарождение почвенной картографии, агрогеологической теории и др

Серьезные успехи почвоведение имело в эпоху Возрождения (XV–XVIII вв.) По своему подъему и достижениям в областях науки, культуры и образования этот этап можно сравнить с античным временем, хотя он был менее длительный.

Прежде всего надо отметить работы Леонардо да Винчи (1452–1519). Он впервые определил концепцию геобиологической сути почвы, объяснил процессы почвообразования, отметил схему круговорота вещества в почве и др. В это время появилось много гипотез и теорий, относящихся к разным областям почвоведения. Наиболее значительные из них касались вопросов роли почвы в питании растений.

Французский ученый Бернар Палисси (1510–1589) высказал теорию питания растений солями почвы. Он подчеркивал, что растения берут из почвы необходимые соли, которые возвращаются почве.

В середине XVII в. к такому же выводу о минеральном питании растений пришел русский ученый-агроном А.Т. Болотов. Для сравнения, Палисси почти на 300, а Болотов на 70 лет опередили идеи Юстуса Либиха о минеральном питании растений.

Следующая теория водного питания растений предложена английским философом Френсисом Бэконом (1561–1626) и поддержана голландским химиком Ван Бельмонтом (1579–1644).

В середине XVII в. немецкий химик И.Р. Глаубер (1604–1670) предложил теорию питания растений селитрой. Англичанин Джетро Туль предложил теорию питания растений мелкими частичками, которые отделяются от почвы водой, чем доказывалась необходимость рыхления почвы и поддержания ее в состоянии нужной влажности.

Очень популярной была теория гумусового питания растений И.А. Кюльбеля. Она была поддержана известным ученым-агрономом шведом И.Г. Валериусом, который сформулировал понятие «гумус», определил его химический состав и роль в питании растений.

Большой вклад в развитие гумусовой теории питания растений внес немецкий ученый Тэер Альбрехт Даниэль (1752–1828). Он разделил понятия «перегной», «гумус», «чернозем». Но он ошибочно считал, что круговорот органического вещества в природе замкнутый и связи между органическими и неорганическими веществами отсутствуют.

А. Тэер

Гумусовую теорию питания растений активно поддержали и развивали такие известные ученые, как Г. Дэви и Й.Я. Берцелиус.

По мнению английского исследователя Г. Дэви (1778–1829), минеральные элементы почвы используются растениями как органические. Он заложил основы изучения органоминеральных соединений почвы, изучал физические свойства почв, разработал их классификацию, выделил почвы выветривания (базальтовые, гранитные и др.) и почвы намывные (осадочные).

Шведский ученый Й.Я. Берцелиус (1779–1848) изучал химический состав гумуса. Вместе с К. Шпренгелем и Г. Мульдером он выделил в гумусе гуминовую кислоту, гумин, креновую и апокреновую кислоты и другие элементы.

Большой вклад в развитие учения о гумусе внесли русские ученые М.В. Ломоносов, В.М. Севергин, М.Г. Павлов.

Ломоносов Михаил Васильевич (1711–1765) считал гумус продуктом биологических процессов и определил пути его образования, место и роль в плодородии почвы. В книге «О слоях земных» сформулировал теорию растительно-наземного происхожения почв путем воздействия низших и высших растений на горные породы. Положил начало учению о биологическом круговороте веществ. Ломоносов ввел понятие «чернозем» и обосновал идею о происхождении черноземов, об образовании болот, о происхождении осадочных горных пород. Высказал мысль о природной зональности, а также о том, что наличие погребенных почв позволяет восстановить былые эпохи и тем самым заложил основы палеопочвоведения. Рассматривал почву и как обьект сельского хозяйства, и как особое природное образование (тело), что в дальнейшем развил и научно обосновал В.В. Докучаев.

М.В. Ломоносов

Продолжателем идей Ломоносова в минералогии почв был В.М. Севергин (1765–1826), который внес большой вклад в разработку научной почвоведческой и минералогической терминологии.

М.Г. Павлов (1793–1840), который считал себя учеником Тэера, дал определение понятия «почва», полагая, что растения используют для питания не только гумус, который образовывается в почве при гниении растений и животных, но и воздух.

Однако слово «почвоведение» впервые было использовано в монографии К. Шпренгеля «Почвоведение, или наука о почве» (1837).

В начале XIX в. получило развитие агрогеологическое направление в почвоведении, которое оказывает воздействие на эту науку до настоящего времени. Это прежде всего работы немецких ученых Ф. Фаллу, Ф. Зенфта и др. Они считали, что почвоведение – это ветвь геологии, а почва – часть горных пород, что залегает сверху и не имеет ничего общего с растительностью.

Фаллу Фридрих Альберт (1795–1877) отмечал, что почва – неорганическая, мертвая материя, которая не может дать жизнь растениям, а жизнь в почве (в ее пустотах) существует самостоятельно.

Ф.А. Фаллу

Доказывал, что почва не имеет ничего общего с органическим веществом и является неорганическим образованием. Он считал, что основными отличиями ее от породы являются следующие: связь с рельефом, слабая мощность, небольшая твердость и большая пористость. Фаллу – автор высказывания «почва – легкий налет пыли или ржавчины на полированном металле, однако в действительности – это самая высокородная ржавчина, которая только может образоваться в природе».

Он считал, что почва как мертвое тело не может быть питательной средой для растений.

Ф. Зенфт (1810–1893) считал, что каждое наслоение земной коры было некогда ее поверхностью. Через несколько десятилетий В.И. Вернадский в своем учении также рассматривал горные породы как бывшие биосферы.

Были сделаны первые подходы к определению морфологии почв, дано научно обоснованное значение почвы, проведена классификация почв.

В работах Ф.П. Фларини (1750) впервые дается схема строения почвы и индексация почвенных горизонтов (А, В, С, D, Е, F).

Разработка классификации почв велась в нескольких направлениях.

А. Цейгер, наделяя почвы свойствами живых существ, для их классификации использовал четыре типа темперамента людей: сангвинические (черные), холерические (глинистые), меланхолические (суглинистые), флегматичные (песчаные).

К. Графи и И. Валериус за основу брали петрографические и гранулометрические особенности почв. Наиболее совершенно классификацию почв разработал А. Тэер, который выделил шесть классов: песчаная, суглинистая, глинистая, мергель, известняковая, гумусовая (болотная). Разделил их на роды. Впервые для этих целей использованы количественные критерии (процент содержания глины, песка, мощность почвы и др.).

Для этого времени характерно использование сведений о почве при решении социально-экономических задач. Это прежде всего работы французских ученых Ф. Кенэ и А. Тюрго по определению земельных налогов с учетом качества почвы и характера ее использования. Экономист и философ Адам Смит пришел к выводу, что свойства почвы зависят от ее окультуривания, а значит, почва – не только вещество природы, но и продукт работы человека.

Отдельно необходимо отметить успехи русских ученых в развитии почвоведения в XVIII в., когда их достижения сравнялись с достижениями зарубежных ученых. У русских ученых, прежде всего В.М. Татищева, А.Т. Болотова, И.И. Лепёхина, П.С. Палласа и других, было свое понимание почвы как геобиологического тела, которое имеет причины и природу образования.

Болотов Андрей Тимофеевич (1738–1833) – один из основателей русской агрономической науки, автор более 450 опубликованных работ. Его труд «О разведении полей» (1771) – первое руководство по введению севооборотов и организации сельскохозяйственных территорий. Изучал взаимосвязь почвы и растений. Болотов – автор-издатель первого в России сельскохозяйственного журнала «Сельский житель» (1779). Призывал к правильной обработке почв, их классификации, ввел зяблевую вспашку.

Паллас Петр Симон (1741–1811) – русский естествоиспытатель. Возглавлял экспедиции по изучению Поволжья, Урала, Кавказа, Сибири. Материалы опубликованы в труде «Путешествие по разным провинциям Российского государства».

П.С. Паллас

Паллас известен своими работами о происхождении черноземов. Он сделал попытку определить связи между отдельными компонентами почвы и явлениями природы, оценить природные ресурсы России.

Ю. Либих

Большое внимание почвам уделял в своих произведениях известный русский писатель А.Н. Радищев (1749–1802). Некоторые ученые (И.А. Крупенников, В А. Ковда и др.) считают Радищева предшественником Докучаева в почвоведении. Он предложил способы обработки почвы, ее окультуривания, сформулировал процесс питания растений из почвы, изучал строение и состав черноземов и других почв, впервые описал почвы Тобольского, Томского, Красноярского, Барабинского и других регионов.

Значительный поворот в решении одного из главных вопросов почвоведения – питание растений из почвы – вызван идеями немецкого химика Либиха Юстуса (1803–1873). Он доказал безосновательность теории гумусового питания растений, а также выявил два закона, которые характеризуют зависимость урожая культурных растений от запаса минеральных веществ в почве. Это «закон минимума» и «закон полного обращения». Суть последнего в том, что почва должна обратно получать вынесенные с урожаем минеральные вещества. Либих доказал необходимость применения минеральных удобрений.

Мнения Либиха о снижении плодородия почвы в результате ее использования фактически согласуются с законом убывающего плодородия, о чем речь шла в работах древнеримского ученого Гая Плиния Старшего.

Основные ошибки Либиха заключаются в следующем: рассматривал минеральные удобрения как единственное средство повышения плодородия почв; считал воздействие на почву культурных растений отрицательным; преувеличивал роль химии и химических методов в решении вопросов плодородия почвы. Эти ошибочные идеи были позже развенчаны Я.А Линавским в книге «Критичное рассмотрение мыслей ученых об условиях плодородия земли» (1846).

Некоторые ученые считают, что родоначальником агрохимии является не Либих, а французский ученый Жан Батист Буссенго (1802–1887) – основатель вегетационных методов исследований. Он доказал, что большинство растений берет азот из почвы, а бобовые сами обогащают почву азотом.

Рихтгофен Фридрих Пауль Вильгельм (1833–1905) – немецкий географ и геолог, изучал природу Европы и Северной Америки, организовал несколько экспедиций во внутренние районы Китая. Он предложил гипотезу образования и происхождения латеритов, сформулировал основы теории формирования и происхождения коры выветривания, которая потом была доработана К.Д. Глинкой и Б.Б. Полыновым. Им же предложена оригинальная классификация почв.

Провел классификацию географических наук: физическая география (метеорология, гидрология, орография); биогеография (фито- и зоогеография), антропогеография (экономическая география).

Одновременно с научным направлением почвоведения, которое начало активно развиваться в XIX в., стала формироваться почвенная картография. До этого времени (преимущественно в XVIII в.) отмечались только отдельные примеры построения карт небольших территорий, связанные чаще всего с землеустройством (межеванием).

Первая многолистая почвенная карта, которая охватывала большую территорию и фактически была геолого-почвенно-геоморфологической картой, составлена в 1806 г. польским геологом Станиславом Сташицем (1755–1826). Почвенные карты, преимущественно агрогеологического содержания, составлены в Западной Европе в середине XIX в.

Важным событием для почвоведения и особенно для географии почв стало начало картографирования почвенного покрова в России. Это был додокучаевский период картографирования почв. Он начался с анкетной картографии, когда опросно-статистическим методом составлялись земельно-кадастровые (с почвенными сведениями) карты.

До этого самые ранние сведения о почвах содержались в писцовых книгах, которые велись в XV–XVII вв. чиновниками Поместного приказа, ведавшими учетом земель, необходимым для правильного расчета налогообложения. В них учитывались категории земельных угодий (пашни, луга, леса, болота) и непременно указывалось их качество. Земельные и лесные угодья измерялись в четях и десятинах (0,56 га и 1,12 га), а сенокосные угодья в копнах сена (10 копен сена равны 1 чети). Пашни делились по качеству земель следующим образом: добрая, средняя, худая и добро-худая. К земельным угодьям относились также лес непашенный, лес пашенный, перелог, кустарь пашенный, поросляк пашенный, роща пашенная, а также лес в бревно, в бревешко, в жердь, в кол.

Затем землемеры собирали данные об урожаях, о цвете почвы и местных названиях и составляли очень схематичные карты, на которых почвы отображались разными цветами. Такие карты, как правило, составлялись по губерниям или уездам. К XIX в. было составлено несколько серий таких карт.

Существенный сдвиг произошел, когда в России было организовано Министерство государственных имуществ (1838), в губерниях были созданы кадастровые комиссии для определения качества и доходности пахотных земель. В результате уже к 1854 г. земельно-кадастровые работы были проведены в 17 губерниях.

Карты были обобщены К. С. Веселовским (1819–1901) – климатологом, впоследствии ставшим академиком. На основании собранных материалов в 1851 г. им издается «Почвенная карта Европейской части России» в масштабе 200 верст в дюйме (1:8 400 000), имеющая название «Почва и климат».

Министерство государственных имуществ разослало подробную картографическую основу России для нанесения на нее границ распространения почв и «особое наставление» – как собирать сведения и наносить почвы на карту. Предлагалась следующая группировка почв: чернозем; глина всех цветов; песок; суглинок и супесь; ил; солончаки; тундры и болота; каменистые места. На карте были нанесены изотермы температуры года, лета и зимы, а также северные пределы выращивания отдельных сельскохозяйственных культур (ячменя, ржи, пшеницы, дынь и арбузов, винограда, кукурузы).

Карта переиздана в 1853 и 1857 гг. и затем в 1869 г. под редакцией И.И. Вильсона. Как отмечает Н.М. Сибирцев (1860–1900), различия между картами Веселовского и Вильсона заключаются в очертаниях почвенных контуров. Материалом для карты Вильсона послужили новые данные кадастровых комиссий, полученные в 50-х и 60-х гг. XIX в.

Позднее В.И. Чаславским (1834–1878) была составлена «Почвенная карта Европейской части России» в масштабе 1:2 520 000. На ней выделены: почва песчаная; супесок; суглинок; глина; значительные обнажения камня; почва каменистая, разбросанные камни, валуны, гальки; скалы; серая земля (переход к чернозему); песчаный чернозем; супесчаный чернозем; суглинистый чернозем.