geolike.ru

Развитие представлений о почвообразовательных процессах

Представление о почвообразовательных процессах, по нашему мнению, занимает центральное место в генетическом почвоведении. Именно благодаря ему возможно развитие науки от описательного этапа, через объяснение и раскрытие внутренних законов, определяющих структуру и функционирование объекта науки, до прогноза и управления.

В своём развитии концепция почвообразовательных процессов прошла ряд этапов. Зародившись в трудах основателя генетического почвоведения В. В. Докучаева, у дальнейших последователей шло её формирование по традиционному для системно и иерархично организованных объектов пути – они попытались расчленить общий почвообразовательный процесс на составляющие, и выделить более низкие ступени иерархии. Параллельно с этим исследователи описывали всё новые виды процессов, встречающиеся в природе и в антропогенных почвах, выдвигались различные способы их классификации на выделенных иерархичных уровнях. Наука стремилась понять самую сущность, механизм почвенных и почвообразующих процессов; для этого приходилось уходить чуть ли не в молекулярный уровень взаимодействия. Большие сложности возникли с выделением и классификацией из общего почвообразовательного процесса его элементов, подчас не наблюдаемых раздельно функционирующими. В общем, на сегодняшнем уровне развития концепция ещё далека до своего завершения.

Выделим основные этапы.

I этап. Описание общего почвообразовательного процесса как результата действия факторов почвообразователей. Докучаев, Сибирцев.

В.В. Докучаев, 1881.

Основоположник генетического почвоведения, и по сути концепции почвообразовательного процесса Василий Васильевич Докучаев (цит. по Вильямс, 1948) в своих сочинениях не употреблял собственно термина «почвообразовательный процесс», хотя, конечно, мысль об образовании, происхождении почвы пронизывает его основные сочинения и является одним из основных вопросов, поставленных им для решения: «какой, в конце концов, способ происхождения данной почвы [чернозёма]…?» (Докучаев, 1881). «Под главной парадигмой докучаевского почвоведения… следует понимать то классическое определение сущности образования почв, которое ещё в 1881 г. было сформулировано В. В. Докучаевым: «почвы всегда имеют своё собственное происхождение; они всегда и всюду являются результатом совокупной деятельности материнской горной породы, живых и отмерших организмов (как растений, так и животных), климата, возраста страны, и рельефа местности» (Докучаев, 1881)» (Герасимов, 1986).

Понятно, что и до Докучаева многие исследователи выдвигали гипотезы происхождения почв, и в частности чернозёмов. Так, ещё в 1763 г. великий российский учёный Михаил Васильевич Ломоносов, опережая научное сознание современников, писал: «чернозём (перегной) произошёл от согнития животных и растительных тел со временем» (цит. по Захаров, 1927). Предпосылки понимания почвообразовательного процесса сформировались даже у простого населения – крестьянства: «общенародное мнение о происхождении чернозёма от согнивания растений, при содействии атмосферных влияний и от замешивания образовавшегося перегноя с рыхлыми суглинками подпочвы». Однако именно Докучаевым это было сделано систематизировано, введены понятия и теории происхождения почв, выявлены факторы, воздействующие на образование почвы как самостоятельного естественноисторического тела. В особенности в этом направлении было важно выделение возраста страны как отдельного фактора. Всё это явно свидетельствует о том, что Докучаев образование почвы воспринимал именно как процесс, а не какое-либо мгновенное явление. Широко известны его исследования почв Ладожской крепости, где он оценивал скорость почвообразовательного процесса, им так и не называемого. Употребляемые им сочетания «способ, или процесс происхождения почвы» (Докучаев, 1881, с 383) можно считать синонимом «процесса почвообразования».

Впервые термин «почвообразующий процесс» употребил Сибирцев, который смог не только ответить на главный вопрос «почему» образовались те или другие почвы, но и подошёл, пока ещё издали, к вопросу о том «как, каким образом» они возникли: каждому типу почв был поставлен в соответствие их образующий процесс. По сути, термином «почвообразовательный процесс» (ПП) Сибирцев обозначил то, что имел в виду Докучаев под «совокупной деятельностью» факторов-почвообразователей, «способом происхождения» почвы.

Классификация почв В. В. Докучаева основалось именно на типах почвообразования, комбинации энергетических и материальных факторов, участвующих в процессе образования почвы. Как увидим ниже, она очень сходна с классификацией ПП Сибирцева.

Зональные

Гляциальные (тундровые)

Светло-серые подзолистые

Ореховатые лесные

Чернозёмные

Тёмно-каштановые

Светло-бурые

Интразональные

Краснозёмные

Синевато-серые

Скелетные

Тёмно-бурые наземно-болотные

Белёсые вторичные солонцы

Азональные:

Эоловые

Аллювиальные

Болотные

(Классификация 1896 г)

Система классификации была основана не на сочетании факторов почвообразования, а на свойствах почв, которые были функцией этого определённого естественного сочетания и изменялись у почв с другим сочетанием (Герасимов, 1964). Герасимов схематично её представил в виде теоретической концепции «свойства почвы ← факторы почвообразования»

Кроме того, Докучаев несколько раз упоминает о процессах более низкого уровня, чем общий почвообразовательный. Так, он решает вопрос о роли леса в происхождении чернозёма: «для решения этого трудного вопроса… нам необходима масса данных, которых у нас нет… главным образом

а) сравнительное количество годового прироста как древесной, так и травянистой растительности, - как подземных, так и наземных частей их;

в) сравнительное годовое количество гниющей растительности и в том, и в другом случаях;

с) характер процессов гниения в дремучих лесах и на открытых степях и пр.» (Докучаев, 1881, 376с.).

Далее он, сравнивая процессы накопления гумуса в лесных и степных почвах, упоминает и о собственно механизме процесса гниения: «самый процесс гниения подземных частей древесных растений говорит не в пользу участия лесов в образовании чернозёма… гниение в них идёт обыкновенно со внутри кнаружи, весьма может случиться, что корень продолжает ещё занимать своё старое место, не смешиваясь с окружающей его землёй, в конце концов совершенно превратиться в летучие вещества» (там же, 379). Упоминание о процессе мы находим и в случае рассмотрения В. В. Докучаевым процессов проникновения гумуса – с поверхности, или от гниющих корней; он указывает на влияние климата на характер процессов гниения.

Под процессом гниения здесь подразумевается не только почвенный процесс (происходящий циклически, как замерзание-оттаивание), но и почвообразующий процесс, приводящий к образованию такого важного свойства почвы как гумус, и даже к образованию самой почвы. В образовании чернозёмов, конечно заслуженно, процесс гумусообразования принимался за основной, собственно приводящий к образованию этой почвы. Но более сложные процессы, такие как подзолообразовательные, иллювиирование Докучаевым и его коллегами исследователями ещё не вводились (иллювиальный горизонт В Докучаев называл переходным к материнской породе).

Таким образом, возможности употребления собственно термина «почвообразовательный процесс» не было по нескольким причинам, в числе которых было,

во-первых, слабое представление о механизме процесса – представлялась возможность только сопоставлять комбинацию факторов почвообразования и почвенное тело, без раскрытия их сущностной взаимосвязи, что и было сделано В. В. Докучаевым в знаменитой дуаде «факторы – свойства».

Во-вторых, для введения термина было необходимо наличие в употреблении хотя бы небольшой системы почвообразующих процессов, характерных для разных типов почв, чему не удовлетворяла скудная информация, имеющаяся только для отдельных, довольно простых и не вызывающих сомнения происходящих процессах, таких как гниение или выветривание, и то основанная во многом на гипотезах. Термин «почвообразовательный процесс» не вводился, как не имеющий примера, практического приложения.

Н.М. Сибирцев, 1900.

Итак, собственно термин «почвообразовательный процесс» впервые (цит. по Самойлова, 1986) употребил Николай Михайлович Сибирцев в курсе лекций «Почвоведение», прочитанных в Институте сельского хозяйства и лесоводства в Ново-Александрии (Сибирцев, 1900, вып. 2, 21с.). Научное определение почвы он выводил из рассмотрения «процессов происхождения, или формирования почв»: почвы – поверхностные горизонты горных пород, «в которых общие динамические процессы необходимо сочетаются с биологическими» (Сибирцев, 1900).

Можно сказать, уже в его сочинениях наметился переход от докучаевской диады «факторы почвообразования – свойства почв» к герасимовской триаде «факторы почвообразования – процессы почвообразования – свойства почв». Н. М. Сибирцев указывает: «при расчленении на естественные группы бесконечного ряда почв, наблюдаемого нами на земной поверхности, должны быть сформулированы те сочетания естественных условий, которые ведут почвообразовательный процесс (курсив мой – Т. К.) в определённом направлении, к определённому и постоянному, в главных своих чертах, результату… Мы можем, следовательно, установить такой тип почвообразования, в результате которого будут получаться, положим, почвы чернозёмной группы… Характерная черта их заключается в особом… накоплении в них перегнойных веществ, обусловленном развитием… травяно-степного пояса. Куда простирается этот пояс со свойственными ему физико-географическими, геологическими и биологическими особенностями, там идут чернозёмо-образовательные процессы и там получаются почвы чернозёмного типа». Сибирцев дополнил учение Докучаева о факторах почвообразования, указав, что из многочисленного количества комбинаций факторов почвообразования в природе представлены определённые их сочетания – ландшафты, с приуроченными к ним типами почв. Поэтому общее количество типов почв хоть и велико, но не бесконечно (Герасимов, Глазовская, 1960).

В связи с этим Сибирцевым были выделены следующие типы почвообразования, или общие процессы (чернозёмо-образовательные, подзоло-образовательные). Классификация эта совершено соответствует предложенной им классификации почв, близкой к классификации В. В. Докучаева 1896 г.

Класс зональных типов:

латеритный,

атмосферно-пылевой (эолово-лёссовый),

пустынно-степной (каштановые и бурые солонцеватые в терминологии Докучаева),

чернозёмный,

серо-лесной,

дерновый и подзолистый,

тундровый;

Интразональные:

солонцовый,

болотный,

дерново-карбонатный;

Азональные:

пойменный,

скелетный,

грубый (неполные, слаборазвитые почвы)

Как видим, классификация почвообразовательных процессов проведена на верхних уровнях иерархии – процесса образования всей почвы в целом. Это первое деление – крупный шаг по осознанию механизма перехода от факторов-почвообразователей к свойствам почв, но сущность его ещё совершенно не раскрыта. Главный этап предстоит пройти более поздним исследователям. Только иногда, как и у Докучаева, упоминаются единичные более простые процессы – процессы выветривания, накопления перегноя – гумуса, и некоторые другие, для которых механизм был более-менее был выявлен. Однако Сибирцев хорошо понимал значение концепции почвообразовательного процесса: так, более дробную генетическую классификацию типов почв он предложил проводить по степени и характеру развития «внутренних процессов, которые сообщают почве общие черты данного генетического типа», что в целом поддерживается и современными почвоведами. «В особенности ценны, – писал он – те морфологические элементы и признаки почв, которые изучены с генетической стороны, относительно которых мы знаем, что они значат, чем обусловлены и каких внутренних свойств и процессов, приуроченных к данной почвенной среде, являются они указателями и символами» (Сибирцев, 1900).

II этап. Выделение составляющих общего ПП – элементарных почвенных процессов. Неуструев, Захаров, Ковда, и др.

С.С. Неуструев, 1918.

Дальнейшее исследование вопроса классификации и выявления процессов низких иерархических уровней принадлежит Сергею Семёновичу Неуструеву. «Существующие почвенные тела, – уже утверждал он, – суть результат почвообразовательных процессов. Среди последних можно различать элементарные процессы как гумификация (образование гумуса), выщелачивание, солеобразования и т.д., и процессы более или менее сложные, создающие известную совокупность почвенных горизонтов, характерную для определённого типа почвообразования». Так, Неуструев первым предложил термин элементарные процессы, подразумевая под ним нечто близкое к современному пониманию: почвенные процессы более сложного типового почвообразовательного процесса, приводящего к формированию почвы определённого типа. Типовой почвообразовательный процесс Неуструева несколько отличается от общего почвообразовательного процесса А. А. Роде: это не общий процесс образования индивидуального почвенного тела, а некоторая совокупность элементарных процессов, в результате прохождения которых может образоваться как почва данного типа, так, при наложении на него другого типового процесса, почва переходного типа.

Поздние исследователи более определённо высказывались по образованию переходных почв как результата наложения разных элементарных процессов, свойственных разным типам почв. Так, все известные почвенные разновидности Неуструев выводил из сочетания 13 типов почвообразования: «эти типы почвообразования дают в почвах весьма часто сочетания, обуславливающие затруднения при классификации почв». Он отмечал, что «мы ещё недостаточно знаем сущность почвообразовательных процессов, некоторые наши соображения гипотетичны, другие совсем гадательны, благодаря недостаточной изученности почвенных минералов и органического вещества почвы, почему всякая попытка расклассифицировать почвенные процессы может быть лишь некоторым несовершенным приближением» (Неуструев, 1914).

Классификация почвообразовательных процессов, проведённая Неуструевым, тем не менее представляет большой интерес. Типовые процессы он разделил, во-первых, на три отдела по степени увлажнения (автоморфные и слабогидроморфные, гидроморфные), затем среди автоморфного почвообразования выделил классы с энергичным распадом минеральной массы– первичных алюмосиликатов – до кремнезёма и полуторных оксидов (латеритный, подзолообразовательный и солонцовый типы), с умеренным распадом минеральной массы без разрушения каолинового ядра – степной (недостаток влаги) и горнолуговой (недостаток тепла), со слабым распадом минеральной массы.

Отдел аутоморфного и слабогидроморфного почвообразования.

Класс процессов с энергичным распадом минеральной массы

Латеритный тип – вынос кремнезёма и накопление в почве полуторных оксидов

Вынос полуторных оксидов и накопление кремнезёма

Подзолистый тип – в кислой среде при среднем увлажнении

Солонцеватый тип – при щелочной среде, недостаточном увлажнении и присутствии соды

Класс процессов с умеренным распадом минеральной массы

Горнолуговой тип – накопление гумуса в условиях низкий температур и достаточном увлажнении с выносом солей

Степной тип – накопление гумуса в условиях относительной сухости и присутствия солей

чернозёмный подтип

каштановый подтип

Серозёмный тип – со слабым накоплением гумуса в условиях сухого климата

Класс процессов со слабым распадом минеральной массы

Тундровый тип – в условиях низкой температуры с накоплением грубогумусного вещества

Пустынный тип – в условиях крайней сухости и осоления

Отдел гидроморфного почвообразования. Здесь им была показана иерархия - выделены типовые и элементарные процессы:

Класс процессов с преобладанием анаэробных условий в органической массе

Гумусообразовательный луговой процесс при слабом и временном переувлажнении под луговой растительностью

Торфообразовательный процесс – при сильном переувлажнении

В минеральной среде, с образованием закисных форм железа – глееобразовательный процесс

Класс процессов с преобладающим значением капиллярного перемещения

Процессы передвижения и осаждения из растворов гумуса, соединений железа и марганца

Процесс орштейнообразовательный

Процесс рудообразовательный

Процессы передвижения и отложения солей – солончаковый процесс

Перечисленные элементарные процессы гидроморфного почвообразования «различно комбинируются в почвах, создавая различные почвы избыточного увлажнения. Наиболее распространены следующие типичные сочетания»:

Полуболотный – идущее гумусообразование и глееобразование

Болотный, - сочетание гумусо-, торфо-, рудо- или орштейнообразования

Солончаковый тип

Отдел эндоморфного почвообразования

Класс процессов нейтрализующим влиянием карбонатной материнской породы на гумусовые кислоты почв – рендзинный тип

Класс примитивного типа – со слабым развитием почвообразовательных процессов

Собственно примитивные почвы, образующиеся в условиях:

низкой температуры

крайней аридности

Грубые почвы, образующиеся при слабом развитии растений или смыве

Иерархия процессов Неуструева, как и отмечал он сам, несовершенна. Определённые свойства одних почв он объяснял течением типового почвообразовательного процесса (подзолообразовательного, латеритного…), а другие свойства этих же почв (торф, железистые образования) объяснялись прохождением элементарных процессов. Более поздние исследователи генезис отдельных почвенных свойств объясняли именно течением элементарного процесса; результатом типового процесса является вся почва как совокупность свойств и горизонтов. Иерархия должна затрагивать все уровни – почвенный признак есть одновременно результат как длительного протекания микропроцессов, так и элементарного процесса, так и общего почвообразовательного.

В описании латеритного процесса Неуструев не учитывает процесс гумусонакопления, слабо там проявляющийся, но имеющий важные последствия в выветривании. То есть во многих случаях типовой процесс низводится до элементарного, хотя и главного, диагностического. В других же случаях, как в случае с подзолообразовательным процессом, в него включается и гумусонакопление. Пример: «сущность подзолистого процесса выражается в переносе оснований и полуторных окислов из верхних горизонтов почвы в более глубокие, в накоплении в первых кремнезёма и свободных ненасыщенных кислот светлого оттенка…»

В солонцовом почвообразовательном процессе он упоминает такие явления как образование соды, распад алюмосиликатов под действием щелочного гидролиза, миграция в виде истинных растворов и золей гумусовых веществ, электролитическое их осаждение, перенос суспензий и др., сегодня нами называемые элементарными почвообразовательными процессами. Кроме того, Неуструев замечает, что «в солонцеватых почвах солонцовый тип почвообразования комбинируется с другими почвообразовательными процессами и наиболее чисто выражен в солонцах».

В общем, Неуструев предполагал разделять типовой процесс на исчерпывающие его элементарные (как в случае гидроморфного почвообразования), правда, не разработал более-менее полную их систему. Группировал он их по условиям, в которых они протекают, а не по механизму, или соответствующему почвенному признаку. Им была повторена деталь, замечанная и Сибирцевым – почвенные свойства и признаки должны иметь за собой процесс их образования, чем-либо должны быть обусловлены. «Главная задача исследователя заключается в том, чтобы подметить в данном почвенном образовании те процессы, которыми обусловлены морфология и химические свойства почвы» (Неуструев, Классификация… с.1, 1916). «Почвообразовательный процесс не только неоднороден в различных условиях, но сам представляет сложное явление, составляющееся из элементарных процессов, отдельных физико-географических явлений: та или иная степень и направление разложения минеральной основы и органического вещества; аэробный или анаэробный характер разложения; те или иные новообразования; энергия и направление выщелачивания, растворения и переноса и так далее» (Неуструев, 1931; цит.по Герасимов, 1973)

Список типов почвообразовательных процессов Неуструева практически повторяет таковой у Сибирцева, за исключением некоторых отличий, связанных скорее с появлением новой информации (дополнительно Неуструев выделяет горнолуговой, приводит и солончаковый процесс) и разных принципов систематизации (Сибирцев за основу взял зональность/азональность, Неуструев – сходную, но иногда не совпадающую автоморфность/гидроморфность). Выделение кроме типовых ещё и элементарных процессов не позволило Неуструеву выделять в отдельные типы почвообразования некоторые типы, к примеру, дерново-карбонатный процесс, где основным процессом является гумусонакопление, встречающееся во всех почвах. Серо-лесной процесс, в отличии от Сибирцева, он рассматривал как переходный между подзолистым и чернозёмным, не придавая ему уровня типового. Так, наметилось ещё более дробное деление, без которого невозможно бы было проводить изучение процессов образования почвы.

С. А. Захаров, 1927.

Следующий этап развития концепции почвообразовательного процесса связан с именем профессора С. А. Захарова. Он выделил уже четыре уровня почвообразовательных и почвенных процессов:

1) общий процесс почвообразования, который совершается в толще данной почвы;

2) основные процессы, или процессы образования генетических горизонтов. При том уровне развития почвенной науки выделялось только три типа горизонтов, которые отмечали практически во всех почвах – гумусово-аккумулятивные, элювиальные, и иллювиальные, соответственно им он выделял три вида основных процессов (процессы образования гумусовых, элювиальных и иллювиальных горизонтов), плюс явления метаморфизации (дифференциации) почвенной массы;

3) «процессы, совершающиеся отдельно в каждом генетическом горизонте», их Захаров и назвал элементарными почвообразовательными процессами. Комбинация этих процессов в каждом горизонте и даёт типовой процесс, или генетический горизонт. К примеру, в подзолистом горизонте он перечисляет следующие – процессы растворения, выщелачивания, вымывания и оподзоливания;

4) элементарные процессы – «ряд более простых, иногда элементарных, физических, химических и биологических явлений, которые в горизонтах комбинируются между собою».

Все элементарные почвообразовательные процессы составляются, по Захарову, из следующего перечня элементарных процессов:

Элементарные физические процессы почвообразования:

растворение

перемещение – результат взаимодействия силы тяжести, силы каппилярного поднятия и всасывающей силы корней.

выпадение из растворов

элементарные химические процессы почвообразования

гидратация и дегидратация

оксидация и дезоксидация

карбонатизация и декарбонатизация

силикация и десиликация

Элементарные биологические процессы почвообразования:

минерализация биологических остатков:

гниение белков

аммонизация

нитрификация и денитрификация

брожение крахмала и др.

гумификация.

Таким образом, Захаров назвал ещё более низкий уровень разделения общего почвообразовательного процесса – элементарные (не почвообразовательные!) процессы и явления, которые в общем соответствуют микропроцессам А. А. Роде. Элементарные процессы Неуструева он назвал элементарными почвообразовательными процессами, - почти в этом же смысле, будет использовать и развивать этот термин И. П. Герасимов. Конкретного определения термина Захаров не дал, указав лишь место в иерархии – между типовыми и элементарными процессами: «будем различать основные и "элементарные" почвообразовательные процессы, охватывающие лишь отдельные горизонты и слагающиеся… из совокупности физических, химических и биологических процессов». Так, он подметил две отличительные черты этого уровня – они являются элементами, составляющими процессов образования генетических горизонтов, и сами состоят из более мелких процессов.

Кроме того, Захаров впервые попытался разделить общий процесс почвообразования на исчерпывающие составные элементарные почвообразовательные процессы (у Неуструева были приведены лишь некоторые элементарные процессы). Он их сгруппировал по генетическим горизонтам, что в общем сходно, хотя и несколько различно, с дальнейшими исследователями при группировке по сходному механизму и результату, т.к. сходные генетические горизонты образуются сходными процессами.

Им выделено приблизительно 13 процессов; некоторые особо сложно и стадийно устроенные были разбиты на части – так, в процессе гумификации, как составляющие (или отдельные процессы) Захаров назвал разложение органических остатков, их механическое измельчение и растворение, затем или их минерализацию (аэробную и анаэробную), или собственно гумификацию (образование гумусовых соединений); наконец, он выделил гумофиксацию как закрепление гумусовых веществ и отдельный процесс – аккумуляцию, накопление зольных элементов. Другие процессы были разбиты, кроме стадий, на разные виды со сходным принципиальным механизмом, но происходящие в разных условиях и, соответственно, различающиеся по участвующему веществу. Так, он выделял виды иллювиирования – ожелезнение (для подзолов), окарбоначивание, соленакопление и др. Выделяемый Неуструевым процесс орштейнообразования он рассматривал как часть, или проявление процесса вмывания железистых соединений и закрепления там.

Выделенный уровень основных процессов в дальнейшем, в отличии от уровня элементарных почвообразующих процессов, не пошёл; выделение всё новых, отличающихся друг от друга горизонтов (вместо одного иллювиального горизонта В несколько – иллювиальный, метаморфический, карбонатный и др.) приводило к простому сопоставлению им и новых основных процессов, без выяснения сущности. В горизонте могут происходить довольно разные процессы, и для понимания образования его необходимо объяснить возникновение всех составляющих признаков и свойств – т.е. нужно выяснить образование их, и лишь потом производить компоновку в образование горизонта и всей почвы. Кроме того, один ЭПП может образовывать несколько сопряжённых горизонтов, что опять указывает на превалирующее значение этого уровня.

Далее, Захаров произвёл классификацию процессов высшего уровня (общих почвообразовательных), результат которых ясно определён – почва в целом, и классификация идёт строго по результату. В общем, идёт группировка разных сочетаний основных и элементарных почвообразующих процессов.

Почвообразование пустынь

Почвообразование сухих степей

Чернозёмообразовательный процесс

Подзолообразовательный процесс

Почвообразование холодных полярных областей

Почвообразование в высокогорных областях

Латеритообразовательный процесс

Болотообразовательный процесс

Солончакообразовательные процесс

Солонцеообразовательный процесс

Классификация не вызывает сомнений: разные почвы были образованы разными процессами. Так, Захаров не выделяет в отдельный процесс почвообразование примитивного и грубого типа, встречающееся у Неуструева, где процессы образования могут быть сходными, а отличается исходный материал.

III этап. Определение понятия ЭПП и механизма почвообразования. Роде, Герасимов, Глазовская.

А. А. Роде

Роде называл почвообразовательным процессом «часть круговорота веществ и энергии, происходящего между приземным слоем атмосферы, верхними слоями литосферы, грунтовыми водами и живыми организмами, именно ту его часть, которая представляет собой совокупность явлений превращения и перемещения веществ и энергии, идущих в поверхностных слоях коры выветривания» (Роде, 1947). Среди них наиболее существенными и характерными он считал «явления взаимодействия (обмена веществ и энергии) между этими слоями, образующими почву, и живыми организмами (главным образом растительностью)» (там же). Далее, Роде замечает характерную цикличность и периодичность большинства почвенных процессов (суточный, годовой и многолетние циклы). Эти циклы никогда не бывают замкнутыми, и «после окончания каждого цикла в почве создаётся некоторое остаточное изменение, представляющее собой итог данного цикла». «Эти остаточные изменения, - рассуждает Роде – слагаются в течение ряда лет в процессе эволюции почвы». В результате наблюдается прогрессивное накопление того или иного почвенного признака - выветривание первичных минералов, гумусонакопление, вымывание элементов, и т.п. Так, в этой монографии, посвящённой эволюции почвы, («Почвообразовательный процесс и эволюция почв», 1947) он вывел ряд важных положений касательно почвенных процессов – эволюция почвы есть результат почвообразовательного процесса, почвообразовательный процесс возникает при наложении многочисленных нескомпенсированных цикличных противоположно направленных процессах.

Далее Роде развивает теорию процессов. В 1958 году (Почвоведение, №9) он говорит о необходимости изучения почвенных процессов, их количественной характеристики (Роде, 1984). Здесь он проводит исследование сущности почвообразовательного процесса. Во-первых, Роде отмечает, что все без исключения явления, протекающие в почве, служат слагаемыми процесса почвообразования. Он выделяет следующие группы почвенных явлений (там же):

Распад первичных минералов – имеет физико-химическую природу, но в нём активное участие принимают как микроорганизмы, так и высшие растения, и органические кислоты;

Синтез и распад вторичных минералов – так же испытывает влияние микроорганизмов, воздействие органических кислот;

Разложение и синтез органических соединений – идут при участии микроорганизмов. Сюда включается и сопутствующие аммонификация и нитрификация, гумификация;

Разложение и синтез органоминеральных соединений – по Роде, идёт преимущественно физико-химическим путём, но естественно с участием живых организмов;

Обмен ионами между почвенным раствором и твёрдой фазой почв – физико-химическая поглотительная способность;

Растворение и пептизация, выпадение в осадок из раствора и коагуляция

Нисходящее и восходящее передвижение растворов (вымывание и засоление)

Увлажнение и иссушение – физическая (увлажнение, иссушение) и биологическая (иссушение) природы

Нагревание и охлаждение – имеют физическую природу

В представленном списке, возможно, не хватает довольно важной стороны почвообразования – педотурбации – передвижение твёрдых фаз, реакций с газовой составляющей. Среди перечисленных процессов опять обращает на себя внимание противоположность большинства процессов. Практически единственным источником энергии для осуществления почвенных процессов является Солнце. Оно в основном обеспечивает «антиэлювиальный» характер миграции элементов – иссушение и подтягивание растворов, рост растений за счёт захвата элементов. (Роде, 1971) Напротив, гравитационная энергия Земли производит элювиальное движение.

Обобщая выделенные процессы, Роде объединил их в три крупные группы: «а) процессы обмена веществом и энергией между почвой и другими природными телами (процессы поступления в почву и выноса из неё); б) процессы превращения веществ и энергии в почвенном теле; в) процессы передвижения веществ и энергии в почвенном теле» (Роде, 1971; цит. по ЭПП, 1992). И в первой классификации, обращающей внимание на противоположность большинства процессов, и во второй очевидно, что любое из перечисленных явлений происходит в любом без исключения почвенном теле.

И. П. Герасимов, М. А. Глазовская

И. П. Герасимову принадлежит большая заслуга в развитии процессного направления в почвоведении. В 1964 году он писал, что «наиболее важным достижением советского почвоведения является почти полный переход от… двучленной докучаевской формулы «почва-среда» или «свойства – факторы» к трёхчленной «почва – генезис – свойства» или, точнее, «свойства почвы – почвенные процессы – факторы почвообразования»» (Герасимов, 1964; цит.по: Герасимов, 1986). Отбор признаков почв для проведения классификации проходит при учёте не только факторов почвообразования, но и под контролем почвообразующих процессов.

«Введение характеристик биологических, химических и химических процессов, протекающих в почвах и обуславливающих развитие тех или иных свойств… даёт возможность подойти к генетической сущности коррелятивных связей [факторы - свойства], что поднимает работу по классификации почв на более высокую ступень научного познания, придаёт отбору и оценке различных свойств почв для классификационных целей глубокую научную обоснованность». Особую значимость процессного подхода Герасимов видел в классификации агропочв, которые в рамках «факторного» подхода просто противопоставлялись природным почвам.

Процессную концепцию Герасимов представил в противовес развившемуся в тот период, особенно в зарубежных исследованиях, субстантивно-аналитическому подходу в классификации и диагностике почв. Этот подход использовался как более объективный, по сравнению с «синтетическим» генетическим подходом. В частности, в генетическом, факторном подходе сложноразрешимыми оказывались следующие проблемы:

1) недостаток информации о факторах почвообразования и происходящих процессах в почвах слабоизученных районах (Север Сибири) приводил к трудностям в их классификации;

2) полигенезис многих почв, невозможность простого прямолинейного сопоставления существующих факторов и свойств почв;

3) механизм многих процессов был представлен гипотетически и по-разному у различных исследователей, что вводило субъективность в понимание генезиса почв и их классификационного положения.

Для решения этих проблемных вопросов Герасимов призвал не отходить к додокучавескому, аналитическому подходу (конечно, дополненному современными методами) в классификации почв, ведущему в ложном направлении и не признающему почву как «естественно-историческое тело»; и предложил вспомнить и разработать концепцию элементарных процессов почвообразования. Концепция ЭПП бы позволила разрешить многие перечисленные проблемы, в том числе и для разработки центральной научной задачи почвоведения – генетической диагностике почв.

Герасимов И. П. и Глазовская М. А. в 1960 г. первыми дали определение понятия «элементарный почвообразовательный процесс», использованному до них Неуструевым, Захаровым, Гедройцем. «Процесс почвообразования – писали они – представляет собой совокупность разнообразных физических, химических и биологических явлений, протекающих в почве и обусловливающих тот или иной состав почвенной массы» (Герасимов, Глазовская, 1960). Было замечено, что из общего количества разнообразных физико-химико-биологических процессов, происходящих в почвах, при определённых внешних условиях и стадиях развития почвы, выделяются наиболее тесно взаимосвязанные их сочетания, которые они и назвали элементарными процессами почвообразования.

«Эти процессы составляют в своей совокупности собственно почвообразование, т.е. совокупность процессов и явлений, присущих только почвам, и при определённых естественных сочетаниях друг с другом определяющих их основные свойства на уровне генетических почвенных типов (т.е. прежде всего строение профиля и состав системы генетических горизонтов почвы)» (Герасимов, 1986). Т.е. основными критериями отличия элементарного почвообразовательного процесса от других явлений и процессов природы, являются (Герасимов, 1986; цит.по Таргульян, 1974):

характерны только для почв в совокупности они определяют почвообразование их естественные сочетания определяют основные свойства типа почвы – строение профиля, генетических горизонтов и т.п.

ЭПП - сочетания физико-химико-биологических явлений, образуются среди трёх главных групп процессов:

распад одних минеральных соединений и синтез вторичных минералов и новообразований;

разложение одних и синтез других органических веществ, а также живого органического вещества;

вынос из почвы или передвижение в ней продуктов выветривания и почвообразования; привнос в почву соединений из атмосферы и коры выветривания, в основном путём биологического круговорота)

Каждый генетический тип почв должен характеризоваться определённым и только ему одному свойственным сочетанием ЭПП. Был предложен следующий первоначальный список ЭПП, разделённый на три перечисленные группы:

Элементарные почвообразовательные процессы превращения минеральной массы в почвенную:

первичное, примитивное почвообразование

оглинение (сиалитизация)

латеризация (аллитизация)

Элементарные почвообразовательные процессы с ведущей ролью превращения органической части

гумусонакопление

торфонакопление

ЭПП превращения и передвижения минеральных и органических продуктов почвообразования:

засоление

рассоление

оглеение и оруднение

выщелачивание (лессиваж) или псевдооподзоливание

оподзоливание

Далее, в 1971 Роде назвал уровень «почвообразовательных микропроцессов» (предварительное название - элементарные почвообразовательные процессы, но не употребляемое во избежание путаницы с элементарными почвенными процессами Глазовской и Герасимова, которые он называет частными почвообразовательными процессами) – простейшие явления реакции и процессы, происходящие в почве. Этот уровень в своё время определялся ещё и Захаровым как элементарные процессы, но полный список их приведён не был. Роде предложил следующую систематику (1971):

Процессы обмена веществом и энергией между почвой и другими природными телами (процессы поступления в почву и выноса из неё):

Многосторонний обмен газами в системе атмосфера – растения – почва – грунт

Многосторонний обмен влагой в системе атмосфера – растения – почва – грунт

Многосторонний обмен тепловой энергией в системе атмосфера – растения – почва – грунт

Обмен коротковолновой и длинноволновой радиацией в системе Солнце – почва – атмосфера – космическое пространство

Двусторонний обмен зольными веществами и азотом в системе почва – растения

Безобменное, преимущественно одностороннее поступление в почву синтезированного растениями благодаря действию лучистой энергии Солнца органического вещества

Поступление в почву различных абиогенных веществ, преимущественно отходов промышленности (в том числе с атмосферными осадками)

Двусторонний обмен между почвой и атмосферой пылью

Двусторонний обмен между почвой и грунтом растворимыми солями.

Процессы химического превращения в почвенном теле:

Разнообразные реакции разложения органических соединений, входящих в состав растительного опада;

Микробный синтез и микробное разложение органоминеральных соединений разной природы;

Новообразование и распад различных органических кислот и их солей;

Обмен молекулами и ионами и между твёрдой, жидкой и газовой фазами почв;

Фиксация молекулярного азота из почвенного воздуха, а также аммонификация, нитрификация и денитрификация;

Окисление и восстановление соединений, преимущественно железа и марганца;

Отдельные реакции, слагающие разложение и превращение первичных и вторичных минералов, синтез вторичных;

Изменения физического состояния почв.

Фазовые переходы воды (испарение и конденсация, замерзание и оттаивание) и солей (растворение и выпадение в осадок, кристаллизация);

Изменение структурного состояния почвенной массы (агрегация и дезагрегация; коагуляция и пептизация);

Изменения степени дисперсности твёрдых частиц (физическое дробление, образование твёрдых конкреций, и т.д.);

Процессы передвижения веществ и энергии в почвенном теле:

Передвижение воздуха внутри почвы:

диффузное, под влиянием изменения давления и температуры;

диффузное передвижение воздуха в жидкой фазе;

Перемещение водяного пара под действием:

градиента его давления;

градиента сорбционных сил;

Передвижение жидкой фазы под влиянием:

гравитационных сил;

капиллярных сил;

сорбционных сил;

осмотических сил;

Передвижение твёрдой почвенной массы под влиянием:

гравитационных сил (вмывание, засыпание);

почвенных и наземных животных, растений, и рост корней растений;

криотурбационных явлений;

Передача различных видов энергии.

Как и в более ранних своих исследованиях, Роде обращает внимание на цикличность и противоположную направленность многих микропроцессов. «Накапливаясь в ряду следующих один за другим циклов, эти остаточные изменения сливаются в прогрессивный необратимый процесс, воспринимаемый нами как почвообразовательный макропроцесс» (Роде, 1971). Так им был «вскрыт» (Самойлова?) механизм почвообразования – накопление малозаметных изменений при течении микропроцессов.

Для выделения следующего уровня – элементарных почвенных процессов Глазовской и Герасимова, Роде проводит следующее рассуждение. Накапливающиеся остаточные изменения неоднородны на различной глубине

Нетрудно заметить, что все эти перечисленные типы микропроцессов наблюдаются во всех без исключения почвах (кроме, пожалуй, мерзлотных явлений в почвах без сезонного промерзания – краснозёмах и желтозёмах, и др.).

Б. Г. Розанов.

Биогенно-аккумулятивные процессы

Гумусообразование

Гумусонакопление

Подстилкообразование

Торфообразование

Дерновый процесс

Биогенный синтез глинистых минералов

Реградация

Иллювиально-аккумулятивные процессы

Глинисто-иллювиальный процесс

Гумусово-иллювиальный процесс

Железисто-иллювиальный процесс

Глинозёмно-гумусово-иллювиальный процесс

Железисто-гумусово-иллювиальный процесс

Подзолисто-иллювиальный процесс

Карбонатно-иллювиальный процесс

Солонцово-иллювиальный процесс

Гидрогенно-аккумулятивные процессы

Засоление

Загипсовывание

Окарбоначивание

Оруднение

Окремнение

Олуговение

Тирсификация

Латеризация

Плинтификация

Отложение наилка

Элювиальные процессы

Выщелачивание

Декарбонизация

Кислотный гидролиз глин

Оподзоливание

Псевдооподзоливание

Лессивирование

Осолодение

Псевдооглеение

Сегрегация

Ферролиз

Элювиально-гумусовый процесс

Альфегумусовый процесс

Коркообразование

Рассоление

Деградация

Процессы метаморфизации почв

Сиаллитизация

Монтмориллонитизация

Гумусосиаллитизация

Ферралитизация

Ферсиалитизация

Рубефикация

Оглеение

Оливизация

Слитизация

Оструктуривание

Отвердевание

Фраджипэнобразование

Мраморизация

Криогенные процессы

Криогенное засоление

Криогенное окарбоначивание

Криогенное ожелезнение

Альфегумусово-криогенный процесс

Ретинизация гумуса

Антропогенные процессы

Образование пахотного горизонта

Образование плужного горизонта

Кольматаж

Вторичное засоление

Осолонцевание при орошении

Деградационное оглеение

Педотурбационные процессы

Самомульчирование

Растрескивание

Криотурбация

Вспучвание

Биотурбация

Лесные вывалы

Обработка почвы

Деструкционные процессы

Эрозия

Дефляция

И. П. Герасимов, 1980

В 1975 - 1980 И. П. Герасимов предложил следующую схему классификации (Розанов, 2004):

Педоморфизм минеральной массы:  - группы процессов

Ортосиаллитизация (первичное оглинение)

гидратация первичных и вторичных минералов

гидратация в условиях криогенеза

Неосиаллитизация (вторичное оглинение) - процессы

в кислой среде

в нейтральной среде - подпроцессы

в щелочной среде

Латеритизация (ферритизация, аллитизация, каолинизация)

Педоморфизм органической массы:

Гумусонакопление

гумификация – грубый гумус

гумусонакопление в кислой среде

гумусонакопление в нейтральной среде

гумусонакопление в щелочной среде

Торфонакопление

Сегрегация и миграция (накопление и вынос) продуктов почвообразования – минеральных и органических веществ

Засоление – рассоление

солончаковый процесс

солонцовый процесс

процесс осолодения

Оглеение

поверхностное (экзоглей)

срединное (параглей)

глубинное (эндоглей)

Выщелачивание - оподзоливание

выщелачивание

иллимеризация (лессиваж)

оподзоливание

Цементация

Галогенная

Оруднение

Гумусовая

Деформация

Криогенная

Гидрогенная (разбухание и ссыхание)

Биогенная

Для основных типов почв Герасимов дал, кроме обыкновенного профильного кода (А1-А2-В-С), и процессные коды, поставив каждому горизонту в соответствие комплекс ЭПП, его образующего. Ниже приведены эти коды для наиболее известных типов почв (цит. по: Розанов, 2004):

Опыт генетической диагностики почв на основе элементарных почвенных процессов (По Герасимову, 1986)

Степень развития признаков: слабая степень – светлый шрифт; средняя степень – подчёркнутый, сильная степень – полужирный

Применена следующая система обозначений почвенных горизонтов (Герасимов: цит.по Розанов, 1983):

Я. М. Годельман (Годельман, 1977; цит. по Розанов, 1983) разделил комплект и комплекс ЭПП. Комплектом ЭПП он назвал «набор всех ЭПП, в той или иной степени влияющих на общий процесс почвообразования на данном участке территории». Разные комплекты ЭПП приводят к образованию разных почв, однако одинаковый комплект ЭПП могут иметь несколько разные почвы, в зависимости от интенсивности развития одних или других ЭПП. Разным почвам соответствуют разные комплексы элементарных процессов, в этом понятии учитывается и степень развития того или иного процесса.

IV этап. Количественная оценка ЭПП, опыт построения моделей. Козловский, Таргульян, и др.

Дальнейшее развитие концепции связано с именами работников отдела географии почв и геохимии ландшафтов (основатель – И. П. Герасимов) Института географии АН СССР (и РАН) В. О. Таргульяном, Ф. И. Козловским, и многими другими. «Концепция почвообразовательного процесса как комбинации элементарных или частных почвообразовательных процессов (ЭПП) – писали они – является основой современных представлений о сущности и иерархии механизмов почвообразования… Именно эта концепция позволяет расшифровывать статику почвенного профиля и давать процессную интерпретацию имеющимся фактам о факторах почвообразования и свойствах почв на основе формулы: факторы почвообразования → почвообразовательные процессы → почвенные тела» (Процессы почвообразования и эволюция почв, 1985). Проблему эволюции почв они представляли как последовательность изменения свойств почв и их образующих ЭПП. «Генетическое познание почвенного тела… заключается:

а) в выявлении набора, сочетания и интенсивности основных ЭПП, сформировавших данную почву;

б) в выявлении последовательности смен свойств почв и сформировавших их ЭПП во времени, т.е. выявлении изменений набора, сочетания и интенсивности ЭПП за период от нуль-момента почвообразования до момента изучения данной почвы» (там же). дали более чёткое определение, раскрывающее механизм появления элементарного процесса из почвенных микропроцессов функционирования. Частными, элементарными процессами, обеспечивающими трансформацию породы в почвенное тело, являются устойчивые комбинации необратимых и незамкнутых микропроцессов функционирования системы, образующие какой-либо устойчивый признак (или группу признаков) в твёрдофазной почвенной массе. «ЭПП – процесс, составляющий часть общего процесса почвообразования и обязательно образующий какой-либо твёрдофазный признак или спектр признаков в почвенной системе, причём признак устойчивый во времени и диагностически значимый для выявления пространственных и временных различий почв» (Таргульян, 2005)

Метаморфизм органического вещества

Поступление органических остатков

поверхностное

внутрипочвенное

Трансформация органических остатков

биогенная

абиогенная

Гумификация

Минерализация

органических остатков

гумуса

Миграция продуктов гумификации. Комплексообразование

гумусовые

минерально-гумусовые

Иммобилизация гумусово-минеральных веществ

Метаморфизм минерального вещества

Физическая дезинтеграция минеральной массы

Гипсообразование

Карбонатизация

Брюнификация

Рубефикация

Глинообразование

трансформация первичных слоистых силикатов

синтез глинистых минералов из первичных неслоистых силикатов

Трансформация глинистых минералов

Разрушение глинистых силикатов

Ферралитизация

Переорганизация почвенной массы

Оструктуривание почвенной массы

Коагуляционное

Биогенное

Компрессионно-гидротермическое

Педотурбации почвенной массы

Абиогенные

гравитурбации

криотурбации

вертитурбации

галотурбации

Биогенные

зоотурбации

фитотурбации

Антропогенные

агротурбации

технотурбации

Оглеение почвенной массы

оглеение (собственно) – восстановленный глей

пятнистое оглеение – окисленный глей

сульфидное оглеение

сульфатное оглеение

Миграции вещества

Солевая

Засоление

Рассоление

Осолонцевание-рассолонцевание

Осолонцевание

Рассолонцевание

Кальциевая

Выщелачивание

Огипсовывание

Окарбоначивание

Кремниевая

Десиликация

Силификация

Алюмо-железисто-гумусовая

Al-Fe-гумусовое элювииирование

Al-Fe-гумусовое иллювиирование

Глеевая миграция Fe и Мn

Партулювация

Лессиваж

Сегрегация и цементация вещества

Окислительная (Fe, Mn, Al и гумус)

Кремниевая

Карбонатная

Гипсовая

Солевая

Непедогенное поступление в почву и потеря почвой вещества

Привнос – унос твёрдого вещества

Делювиальный смыв и флювиальная деразия

Привнос текучими водами

Выдувание мелкозёма и солей

Эоловый привнос мелкозёма и солей

Импульверизация солей (в твёрдой и жидкой фазе)

Привнос вулканической пыли

Солифлюкция и конжелифлюкция

Антропогенный привнос твёрдого вещества

Привнос – вынос жидкого вещества

Унос с флювиальными водами

Привнос с приливно- трансгрессивными морскими и озёрными водами

Привнос с индустриальными водами

Привнос и сорбция газообразного вещества

Татьяна Вячеславовна Аристовская (1980) выделила элементарные почвенно-биологические процессы:

разложение растительного опада

образование гумусовых веществ

разложение гумусовых веществ

деструкция минералов почвообразующей породы

новообразование минералов

Факультативные ЭПБП:

глееобразование

орштейнообразование

солеобразование

Систематика Почвенного института им. В. В. Докучаева – 2006

Коллектив исследователей из почвенного института выделил следующие основные наиболее важные процессы, приводящие к образованию генетических горизонтов и их системы:

Процессы аккумуляции и трансформации гумусовых веществ – процессы формирования

серогумусовых аккумуляций

светлогумусовых аккумуляций

темногумусовых аккумуляций

перегнойно-темногумусовых аккумуляций

криогумусовых аккумуляций

Процессы аккумуляции и преобразования грубого органического вещества

процессы формирования грубогумусовых аккумуляций

процессы формирования перегнойных аккумуляций

торфообразование - процессы формирования:

торфяных аккумуляций

олиготрофно-торфяных аккумуляций

эутрофно-торфяных аккумуляций

сухоторфяных аккумуляций

деструктивно-торфяный процесс

Процессы метаморфизма минеральной массы

процессы железистого метаморфизма, в т.ч.

процессы палевого метаморфизма

процессы структурного метаморфизма, в т.ч.

процессы криогенного метаморфизма

процессы ксерометаморфизма

иллювиально-метаморфические процессы

процессы гидрометаморфизма

глеевый метаморфизм

неглеевый гидрометаморфизм

Процессы хемогенной дифференциации

альфегумусовая (иллювиально-алюмо-железо-гумусовая) дифференциация

альфегумусовое иллювиирование

иллювиально-железистый процесс

иллювиально-гумусовый процесс

альфегумусовое подзолообразование

редокс-альфегумусовая дифференциация

процессы окислительно-восстановительной дифференциации железа

Процессы гранулометрической дифференциации

селективное оподзоливание

лессиваж

солонцовые процессы

Процессы дифференциации солей

карбонатов

гипса

легкорастворимых солей

Процессы перемешивания почвенной массы, приводящие к нарушению естественного залегания горизонтов и/или гомогенизации минеральной и органической части почвы

криотурбационный процесс

турбационнные процессы при слитизации

фитотурбуции

зоотурбации

склоновые процессы