Экология почв: итоги, проблемы, перспективы
М. И. Дергачева
До недавнего времени понятие экология почв в качестве
самостоятельного научного раздела со своим объектом, предметом, методами,
понятийным аппаратом, теоретическими положениями, законами, т. е. всеми
атрибутами самостоятельной науки, не имело какого-либо распространения. Все
проблемы и вопросы, относящиеся к экологии почв, были размыты в рамках разделов
почвоведения - генезиса почв и географии почв. Более того, до сих пор некоторые
ученые считают некорректным словосочетание экология почв, поскольку экология в
классическом первоначальном смысле - это наука о взаимоотношениях организма со
средой их обитания, и почва, по их мнению, выступает именно в роли последней.
Экология почв как самостоятельная теоретическая наука
в настоящее время находится в стадии становления, хотя истоки ее можно отнести
к концу XIX - началу XX века.
Уже в работах В. В. Докучаева прослеживается
постановка тех проблем и вопросов, которые имеют непосредственное отношение к
экологии почв.
Прежде всего, введенное В. В. Докучаевым понятие
естественно-исторического тела, каковым является почва, стало основным,
базисным понятием широкого класса естественно-исторических (биосферных) наук.
"Являясь элементарным (далее неразложимым без потери качества), оно стало
исходным моментом, всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее
систем, тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук"
[Тюрюканов, Федоров, 1996: 24].
В. В. Докучаев также в разное время подчеркивал, что
необходимо овладевать почвой и управлять ею с целью чисто практической; что для
этого надо прежде всего решить вопрос о закономерных соотношениях между
характером и распределением почв и факторами-почвообразователями, причем
следует иметь в виду всю единую, цельную и нераздельную природу, а не
отрывочные ее части; что необходимо изучать соотношения, генетическую
вековечную и закономерную связь, которая существует между мертвой и живой
природой, между растениями, животными и минеральными царствами, а также
человеком, причем ядром учения об этих соотношениях - между живой и мертвой
природой, между человеком и остальным миром, как органическим, так и
минеральным, должно быть почвоведение [Докучаев, 1949]. Л. И. Прасолов
[Прасолов, 1978] был первым, кто ввел термин экология почв (используя его как
синоним термина педоэкология) и предложил выделить экологию почв в
самостоятельный раздел почвоведения наряду с генезисом и географией почв. Он
рассматривал ее как учение об отношении почв к окружающим их условиям. Основным
вопросом этого учения, считал он, должно быть выяснение причинной зависимости
свойств почв. Предложенное Л. И. Прасоловым понятие экология почв и обоснование
необходимости выделения экологии почв в самостоятельный раздел почвоведения не
имели сначала отклика у почвоведов и ученых сопредельных наук, хотя отдельные
вопросы, относящиеся к экологии почв, как ее понимал Л. И. Прасолов,
рассматривались [Иенни, 1948; Титов, 1952; Волобуев, 1953; Соболев, 1954;
Иванова, Розов, 1960; и др.]. В первой половине 60-х годов появилась первая
специально посвященная этой проблеме монография В. Р. Волобуева "Экология
почв" [1963], за которой затем последовали другие, развивающие разные аспекты
экологии почв: "Система почв мира" [1973] и "Введение в
энергетику почвообразования" [1974].
В этих работах, как и в первой своей монографии
"Почвы и климат" [1953], В. Р. Волобуев обосновывал самостоятельность
экологии почв как учения о закономерных соотношениях между почвой и средой ее
формирования или "как отрасли почвоведения, специально посвященной
выявлению и характеристике закономерных соотношений между почвой и
почвообразователями - горной породой, организмами, климатом и рельефом"
[1963: 5]. "Несомненно, предметом экологии почв являются и те соотношения
между почвой и средой, которые возникают при разного рода воздействиях на почву
производственной деятельности человека" [1963: 9].
В. Р. Волобуев очень много сделал для развития этого
направления в почвоведении. Им предложены и обоснованы основные положения и
методы экологии почв, на основе которых выявлены и описаны закономерности в
системе фактор почвообразования - почвы, в том числе наиболее детально - в
системе климат - почвы. В. Р. Волобуевым разработана гидротермическая система
связи почв с климатом, выделены термо- и гидроряды с определенными градациями
тепла и увлажненности, дано термодинамическое обоснование соотношений почва -
растение - климат, а также разработано новое направление в рамках учения об
экологии почв - "Энергетика почвообразования" [Волобуев, 1974]. На
основе своих разработок В. Р. Волобуевым была создана классификация почв мира
[Волобуев, 1973].
Близки к идеям В. Р. Волобуева взгляды Э. Эвальда
[1972], который считал, что экология почв должна рассматриваться как раздел,
равноправный с учением о генезисе почв, основной задачей которого должна быть
разработка моделей потоков вещества и энергии между современными почвами и их
средой.
Однако даже вышедшие фундаментальные работы В. Р. Волобуева
и большое количество работ других исследователей, освещавших разные аспекты
взаимоотношений почвы с окружающей средой, не привели к признанию экологии почв
в качестве самостоятельного раздела почвоведения.
И. А. Соколов [1993] рассматривает экологию почв как
раздел почвоведения, занимающийся изучением закономерностей, действующих в
системе почва - факторы. Как и В. Р. Волобуев, И. А. Соколов сделал очень много
для развития этого направления, рассматривая его как самостоятельный раздел
теоретического генетического почвоведения. Он показал, что термин экология почв
правомочен, раздел экология почв равноправен с такими разделами почвоведения,
как генезис и география почв, а объект и предмет этой области знаний
специфичен.
В отличие от учения о генезисе экология почв не
занимается познанием механизмов формирования почвенных свойств. В отличие от
географии почв она изучает распределение почв не в реальном географическом
пространстве, а в абстрактном многомерном координатном пространстве, где в качестве
координат может выступать любое сочетание факторов почвообразования или
отдельных их характеристик.
И. А. Соколов подчеркивал, что экология почв может
рассматриваться как самостоятельный раздел, как связующее звено между учениями
о генезисе и географии почв и писал: "Единство этих трех разделов и
составляет ядро фундаментального почвоведения, на котором базируются все
прикладные его ветви" [Соколов, 1993: 64-65].
И. А. Соколов также предложил
понятийно-терминологический аппарат, систему методов, принципов и законов
(общих закономерностей) экологии почв [1993].
Он дал в рамках экологии почв толкование некоторых
распространенных терминов и ввел новые, специфичные, в том числе экологическое
пространство, экологическое поле, экологическая ниша, экологический ареал и т.
д., а также широко используемый в настоящее время - сенсорность почв.
Им сформулирован ряд законов распределения почв в
частном реальном экологическом пространстве (экологическом пространстве,
образованном частью существующих в настоящее время факторов или их
характеристиками) для зрелых автономных почв, а также закономерностей,
относящихся к некоторым более частным вопросам экологии почв, среди них законы:
литогенной полирефлекторности климатических условий, климатической конвергенции
почвообразования, экологической полисенсорности почв к изменению условий
климата, закон сложной иерархии факторов и др. И. А. Соколовым [1993] впервые
показано, что законы почвенно-экологических связей (т. е. связей среда - почва
) могут быть различны (и даже противоположны) для разных педокосмов: гумидного -
мира элювиальных выщелоченных, кислых ненасыщенных, ферри-сиалитных мезоморфных
и гидроморфных почв и аридного - мира аккумулятивных, насыщенных,
нейтрально-щелочных, карбонатных и (или) засоленных ксероморфных почв. Им также
впервые обращено внимание на то, что увлажненность в большей степени
обусловливает качественную направленность почвообразования в то время, как
термический фактор ответствен за количественную его сторону, интенсивность
почвообразовательных процессов. Мы не обсуждаем в настоящей статье законы
экологии почв, предложенные И. А. Соколовым [1993], а отсылаем читателей к его
оригинальной работе. Эта работа - одна из наиболее продвинутых в
методологическом отношении в настоящее время.
Таковы основные - этапные - разработки по экологии
почв.
Имеется еще серия публикаций, где так или иначе
используется сочетание слов почва и экология: экологическое почвоведение
[Соболев, 1954; Карпачевский, 1998], почвенная экология, или педоэкология
[Кылли, 1988], экопедология [Чирита, 1965] и др., при этом смысловые нагрузки
их различны. Так, экологическое почвоведение, по мнению Ф. С. Соболева [1954],
есть часть биогеоценологии, устанавливающая взаимосвязь между растительным
покровом и почвой, а Л. О. Карпачевский [1998] считает предметом этого
направления изучение экологических функций почв. С. Чирита [1965] рассматривает
экопедологию как область науки, исследующей почву как среду обитания растений,
а Р. К. Кылли [1988] считает, что "педоэкология, или почвенная экология, -
это наука о почве (педосистеме) как среде существования (функционирования)
зависящих от почвы организмов, которые полностью, отчасти или временно являются
составными частями живой фазы почв или связаны с ней потоками веществ и
энергии. Педоэкология изучает как взаимоотношения внутри живой фазы почвы, так
и эдафона с абиотическими фазами почвы" [1988]. Он подчеркивал, что
педоэкология является более узким понятием в отношении почв, чем экология почв.
И. А. Соколов [1993] считает, что экологическое
почвоведение изучает почву как среду обитания организмов и как компонент
экосферы, и оно включает в себя такие прикладные разделы науки о почве, как
сельскохозяйственное и лесное почвоведение. По его мнению, экология педобиоты,
или экология почвенных организмов, должна рассматриваться как раздел общей
экологии организмов, изучающий экологию организмов, обитающих в почве.
Таким образом, экология почв - это наиболее широкое
понятие.
Как ясно из приведенного обзора, предметом
"экологии почв" во всех этапных работах выступают закономерности,
действующие в системе почва - факторы, или закономерности соотношений между
почвой и средой ее формирования. Это дает основания для изучения почвы только
как "черного ящика", а закономерности ее внутренних превращений, ее функционирования
оказываются за пределами интересов этого раздела науки.
Почва, с одной стороны, является биокосным телом, или
биокосной экологической системой, поскольку в ней биотические и абиотические
компоненты связаны потоками вещества и энергии. В то же время почва как тело, в
котором взаимодействуют организмы и абиотические компоненты, сама собой
представляет в целом естественно-историческое тело природы. И как целостность
(почвенное тело) она сама взаимодействует с окружающей абиотической (воздух, воды,
пыль, горные породы, климат и т. д.) и биотической (той биотой, которая не
составляет с почвой ее тело, например, растения) средой, обмениваясь в целом
веществом, энергией и информацией с этой средой. И, таким образом, одним из
главных вопросов экологии почв должно быть изучение не только внешнего обмена
веществом и энергией почвы с окружающей средой, в том числе с
факторами-почвообразователями, но и внутреннего единства, внутренних причинных
связей ее как системы. Многие исследователи, рассматривающие почву только как
абиотическую среду по отношению к организмам, считают словосочетание экология
почв недопустимым. Но абиотическая среда - это отдельные компоненты почвы, сама
же она представляет собой биокосную (биоцентрическую) экологическую систему (с
живым в центре). В то же время экология все более из чисто биологической науки
становится наукой биоцентрической, рассматривающей, как писали Н. Ф. Реймерс и
А. В. Яблоков, "некую совокупность предметов и явлений с точки зрения
объекта (как правило, живого или с участием живого), принимаемого за
центральный в этой совокупности" [1982: 137]. Среди центрального объекта
экологических систем могут быть как биологические организмы, так и биокосные
тела, к которым и относится почва. Следовательно, под экологией почв можно
понимать науку о почве как об экологической системе или науку о закономерностях
функционирования почв в биосфере. Думаю, что на данном этапе развития этого
направления объект и предмет "экологии почв" можно сформулировать
так: объект - структурно-функциональная организация почвы как системы
биосферного типа, т. е. открытой природной саморегулируемой системы; предмет -
познание структурно-функциональной организации почвы, ее обусловленности и
связей с внешними факторами среды или общие законы функционирования почвы как
системы биосферного типа.
Таким образом, экология почв должна изучать законы
функционирования почв в биосфере.
Экология почв, как и другие науки об экосистемах,
должна заниматься вещественно-энергетическим обменом внутри почвы и с окружающей
ее средой, выявлять общие закономерности этого обмена и устанавливать законы
функционирования почв. Среди задач этой науки, которая, как подчеркивал И. А. Соколов
[1993], не занимается вопросами механизма почвообразования (генезис) и
пространственного распределения почв (география), надо полагать, должно быть и
выявление законов "включения" механизмов формирования почв, т. е.
установление причин появления тех или иных процессов и причин, заставляющих их
действовать; и всестороннее выяснение роли почв в устойчивости экосистем с
целью возможности управления ими и прогнозирования их поведения в меняющейся
естественным путем или под влиянием человека обстановке; и выяснение механизмов
поддержания биоразнообразия, связанных с почвами; и функции почв в экосистеме,
в том числе протекторная, и многие другие.
Однако до сих пор в рамках экологии почв занимались
только выяснением элементарных проявлений взаимодействия почв со средой,
установлением простейших форм воздействия факторов среды на функционирование
почв. Ни объект, ни предмет экологии почв как науки о функционировании системы
биосферного типа до сих пор не определялись, а те определения, которые имеются,
отвечают только одной стороне функционирования почвы как системы - ее внешним
связям.
Таким образом, с одной стороны, экологию почв
рассматривают как раздел теоретического генетического почвоведения,
равноправный с другими его разделами - генезисом почв и географией почв,
составляющими теоретическую основу почвоведения, с другой, почва представляет
собой природную экологическую систему, подчиняется общим законам
функционирования природных систем любого иерархического уровня и,
следовательно, экология почв должна быть разделом экологии.
Вопрос о месте экологии почв в системе научных знаний
еще не решен. Возникшую на стыке двух естественно-исторических наук -
почвоведения и экологии - экологию почв тем не менее нельзя рассматривать
просто как интеграцию двух наук, а следует понимать как особую специфическую
науку со своими законами, методами, принципами и правилами, которая решает
широкий круг проблем, связанных с функционированием биосферы (и ноосферы).
Именно "встречное движение наук о биосфере", о котором говорил Н. В. Тимофеев-Ресовский,
а не "взаимодополнительность, не комплиментарность, не растворение одной
науки в другой - вот наиболее существенная особенность развития биосферного
естествознания, биосферного класса наук. Каждая наука, сохраняя свою внутреннюю
специфику, вместе с тем раскрывает определенный аспект целостности
биосферы" [Тюрюканов, Федоров, 1996: 167]. Представляется, что экология
почв является одним из самостоятельных учений биосферного класса наук.
Примером встречного движения наук о биосфере и
формирования не интегрированной, а новой синтетической науки является ряд
законов экологии почв, сформулированных И. А. Соколовым [1993] в рамках этого
учения как раздела генетического почвоведения. Предложенные законы, отражая
реально существующие закономерности поведения почв в природе, являются
одновременно законами экологии почв и в том случае, если она выступает как
раздел почвоведения, и в том, если экология почв рассматривается как учение о
функционировании почв в биосфере. Это позволяет рассматривать ее как
самостоятельное учение в ряду биосферного класса наук, возникшее не в недрах
одной из областей естественно-исторических наук - почвоведения или экологии, а
в недрах учения о биосфере в целом.
Любая отрасль знаний, когда она оформляется в
самостоятельную науку, должна прежде всего, кроме определения объекта и
предмета науки, представить основные понятия и термины. В экологии почв, к
сожалению, до сих пор используются заимствованные из географии и других наук
термины (например, ареал, ниша, зона, поле и т. д.) и их трактование, хотя
между методологической основой географии и экологии почв есть существенная
разница.
В экологии почв иные границы понятий, отличающиеся от
широко используемых в географии и почвоведении в настоящее время, поскольку
экология почв - это наука абстрактных, а не реальных, конкретных понятий. И. А.
Соколов [1993] обращает внимание на то, что понятия географического и
экологического пространства резко отличаются: первое является реальным,
физическим и имеет прерывисто-непрерывный характер, тогда как второе -
координатное, абстрактное - всегда представляет собой континуум, т. е.
непрерывное единство, непрерывное пространство. То же самое касается границ
географического и экологического пространств: они неоднозначны. Он
подчеркивает, что в географии принимается во внимание не только характеристика
объекта, но и его распространенность, площадь, которую он занимает, тогда как в
экологии почв все участки экологического пространства, т. е. все комбинации
факторов равноправны, а также то, что законы географии почв реальны, а экологии
- абстрактны, хотя это не делает их менее объективными. Практически,
географические закономерности есть частный случай реализации законов экологии
почв.
Не разработан также специальный
понятийно-терминологический аппарат описания и интерпретации материалов
исследований, касающийся внутренних структурно-функциональных особенностей
почвы как экологической системы, и терминология, необходимая при описании почвы
как целостности и отправления ее функций.
Таким образом, понятийно-терминологический аппарат
экологии почв требует его дальнейшей разработки: уточнений, расширений,
введения новых моносемантических терминов согласно специфике рассматриваемой
науки.
Методы и методики получения информации в экологии почв
практически мало отличаются от тех, которые используются в почвоведении и
других науках естественно-исторического направления.
В то же время система методов интерпретации в экологии
почв специфична и находится также в стадии разработки. В ее основе лежат
системный подход и сравнительно-экологический метод - сопоставление почв,
формирующихся при разных комбинациях факторов почвообразования и их
характеристик. Но при современном уровне науки наиболее надежные результаты
получаются тогда, когда сопоставляются почвы, условия формирования которых
различаются по минимальному количеству факторов, в идеале - по одной
характеристике (правило монофакторности). Совершенствование математических
методов, накопление массовых, достоверных материалов, использование
информационно-логических методов позволяют надеяться на возможность проведения
в будущем сложных сравнительно-экологических анализов. Сейчас пока опыта
анализа полного экологического пространства - абстрактного многомерного
пространства, в котором в качестве координат выступает совокупность всех в
принципе возможных в условиях земли комбинаций факторов почвообразования, не
существует. При сравнительно экологическом анализе требуется не только очень
большой объем информации, но и определенные способы ее организации
(уплотнения). В настоящее время эта проблема может быть решена, поскольку
имеются компьютерные программы анализа почвенно-экологических связей, хотя
объем информации, требующийся для описания полного экологического пространства,
и его анализ, а тем более с учетом основных закономерностей его
функционирования, пока неподвластны даже самым мощным компьютерным системам.
Более мелкие подразделения экологического пространства и индивидуальные объекты
экологии почв уже можно успешно анализировать при наличии соответствующих баз
данных и программ их сравнительного анализа.
Для организации (уплотнения) информации с целью
сравнительно-экологического анализа простых закономерностей используются также
экологические матрицы, графики, уравнения регрессии и др. Именно одним из них -
графическим приемом - пользовался в своих разработках по экологии почв и их
практической реализации В. Р. Волобуев [1953; 1963; 1973].
Таким образом, практически пока не существуют методы,
которые позволили бы анализировать и оценивать одновременно сверхбольшие объемы
информации о свойствах почв, факторах почвообразования и наборе их характеристик,
необходимых для выведения закономерностей распределения типов почвообразования
и почв в полном экологическом пространстве. Совершенствование имеющихся и
разработка новых методов остаются до сих пор одними из самых актуальных проблем
экологии почв.
Полная, адекватная и надежная интерпретация материалов
в рамках экологии почв как науки биосферного класса невозможна без описания и
формулировки общих и более частных законов экологии почв. И это также предстоит
еще сделать.
Таким образом, наука экология почв находится еще в
стадии становления. Она, естественно, должна быть выделена в отдельный раздел
биосферного класса наук. Объектом ее должна быть почва как экологическая
система, а предметом - законы ее структурно-функциональной организации,
закономерности и связи с окружающей ее средой, заключающиеся в обмене веществом
и энергией. Методологической основой изучения внешних связей почвы как
экологической системы на данном этапе развития этой науки могут служить
разработки В. Р. Волобуева, И. А. Соколова, а также материалы и подходы,
имеющиеся в работах, рассматривающих более частные вопросы по отношению к
экологии почв [Иенни, 1948; Кылли, 1988; Карпачевский, 1998; и др.]. В качестве
методологической основы изучения внутренних связей в почве как экосистеме могут
быть использованы подходы А. А. Ляпунова и А. А. Титляновой [1971],
разработанные ими для изучения круговорота вещества и энергии в биогеоценозах.
В целом она должна основываться на
естественно-историческом подходе В. В. Докучаева, который предсказал необходимость
развития таких аспектов роли почвы в биосфере и предвосхитил ее появление.
Список литературы
1 Волобуев В. Р. Введение в энергетику
почвообразования. М., 1974.
2 Волобуев В. Р. Почвы и климат. Баку, 1953.
3 Волобуев В. Р. Система почв мира. Баку, 1973.
4 Волобуев В. Р. Экология почв. Баку, 1963.
5 Докучаев В. В. Избранные сочинения: В 3 т. М.,
1948-1949. Т. 1-3.
6 Иванова Е. Н., Розов Н. Н. Классификация почв СССР
// Докл. совет. почвоведов: VII Междунар. конгр. почвоведов в США. М., 1960.
7 Иенни Г. Факторы почвообразования. М., 1948.
8 Карпачевский Л. О. Экологическое почвоведение. М.,
1998.
9 Кылли Р. К. Педоэкологический анализ
фитопродуктивности, биогеохимических потоков веществ и гумусного состояния в
естественных и культурных экосистемах: Автореф. дис. … д-ра биол. наук.
Новосибирск, 1988.
10 Ляпунов А. А., Титлянова А. А. Системный подход к
изучению круговорота вещества и потока энергии в биогеоценозах // О некоторых
вопросах кодирования и передачи информации в управляющих системах живой природы.
Новосибирск, 1971.
11 Прасолов Л. И. Генезис, география и картография
почв. М., 1978.
12 Реймерс Н. Ф., Яблоков А. В. Словарь терминов и
понятий, связанных с охраной живой природы. М., 1982.
13 Соболев Ф. С. Почвообразовательный процесс и этапы
развития растительности // Почвоведение. 1954. N 1.
14 Соколов И. А. Теоретические проблемы генетического
почвоведения. Новосибирск, 1993.
15 Титов И. А. Взаимодействие растительных сообществ и
условий среды. М., 1952.
16 Тюрюканов А. Н., Федоров В. М. Н. В.
Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья. М., 1996.
17 Чирита С.В. Экопедология. Бухарест, 1966.
18 Эвальд Э. О взаимоотношении исследований в области
генезиса и экологии почв (на примере изучения органического вещества) //
Почвоведение. 1972. N 2.
Для подготовки данной работы были использованы
материалы с сайта http://www.eunnet.net/