Проблема эволюции в почвоведении

д.б.н. Г. Русанова
с.н.с. отдела почвоведения
E-mail: lodygin@ib.komisc.ru, тел. (8212) 24 51 15

Научные интересы: палеопочвоведение, микроморфология, тундровые почвы

Проблема эволюции почв является фундаментальной теоретической проблемой, от решения которой зависит оценка свойств почв (их реликтовости и современности), состояние классификационной проблемы и ее решение, оценка и прогноз влияния изменений климата, а также антропогенного воздействия на почвы.

По всеобщему признанию, концепция эволюции почв — одна из наиболее дискуссионных в мировом почвоведении. Она пережила периоды как чисто дедуктивных построений, так и фактологических регистраций различных превращений почв без интерпретации процессов. С развитием концепции элементарных почвенных процессов (ЭПП) проблема эволюции почв занимает определенное место в общей теории генетического почвоведения, как проблема расшифровки (прочтения) временной последовательности становления и изменения свойств почв и формирующих их ЭПП в меняющейся природной среде. Генетическое познание почвы заключается в выявлении набора основных ЭПП и последовательности смены их во времени от нуль-момента до момента изучения почвы. Необходимость учета эволюции природной среды и почв неоднократно подчеркивали Н.М. Сибирцев, С.С. Неуструев, К.Д. Глинка, И.П. Герасимов, В.А. Ковда, А.А. Роде, М.А. Глазовская. Активное развитие палеогеографии и палеопочвоведения плейстоцена и голоцена представило фактологическую базу и возможность построения картины почвообразования в ходе развития.

Историко-эволюционный подход к изучению развития почв наталкивается на трудности, связанные с неполнотой исторической почвенно-ландшафтной летописи. Трудно также анализировать полигенетические почвы, т.е. почвы, прошедшие длительный путь эволюции, развивающиеся, как минимум, в течение голоцена. Эволюция почв не исчерпывается наложением свойств современного почвообразования на старый профиль, когда усиливаются или стираются определенные свойства. Исходный профиль может влиять на последующее почвообразование. Поэтому полигенетические поч-вы, пережившие эволюцию природных обстановок, не являются простой суммой наложенных моногенетических профилей, отвечающих каждый своему этапу эволюции. Это сложные образования, результат гетерохронной эволюции природной среды и почвообразования. Современные дневные поч-вы могут быть результатом эволюции почвообразования в течение разных интервалов времени. Актуальной задачей поэтому является изучение роли временных интервалов в эволюции почв: доголоценового, голоценового и современного этапов.

В последнее время появляется все больше данных, свидетельствующих о сложном полигенетическом характере современных почв и о неадекватном отражении в профиле условий природной среды. Только раскрыв характер основных этапов почвообразования на всем протяжении развития почв от начала голоцена до настоящего времени, можно представить генезис почв, выявить актуальные и унаследованные признаки в их профиле. Унаследованные признаки в профиле современных почв являются прямыми свидетелями эволюции. Однако по ним можно реконструировать стадии, существенно различающиеся по характеру от современной. Голоценовые погребенные почвы привлекаются для установления эволюции почв.

Первые попытки определения возраста почв предприняты Ф.И. Рупрехтом в 1866 г. [6; цит.: по 1], который сопоставлял курганные (погребенные под курганами) черноземы с черноземами открытого поля. В работах В.В. Докучаева подчеркивается важность изучения развития почв во времени для познания их настоящего и будущего. С.А. Захаровым [3] предложены следующие положения: 1) развитие почвы — это формирование почвы из породы до приобретения ею типичного профиля; 2) эволюция почвы — постепенное изменение зрелой почвы без изменения условий среды; 3) метаморфоз почвы — ее изменение в результате изменения среды. По Ф. Дюшофуру [2] под эволюцией почв следует понимать развитие почвы из непочвы, и далее развитие зрелой почвы при стабильных и изменяющихся условиях среды. А.А. Роде [6] предложил два типа изменений почв во времени: 1) саморазвитие — формирование почвы из породы до зрелого состояния при стабильном состоянии факторов; 2) эволюция — изменение зрелой почвы, вызванное сменой условий почвообразования с изменением ее классификационного положения. Представление о саморазвитии почв и биогеоценозов до состояния динамического равновесия, или квазиравновесного состояния с условиями среды, является исходным в проблеме эволюции почв [9].

Наиболее четкие представления о почвообразовании в голоцене, сложившиеся в 80-х годах (В.О. Таргульян, А.Л. Александровский, В.Д. Тонконогов) были следующими:

I. На покровных суглинках на рубеже плейстоцена - голоцена происходило развитие почв от примитивных с гумусово-аккумулятивными и глеевыми горизонтами до зрелых среднеголоценовых почв, 2) среднеголоценовые текстурно-дифференцированные почвы отражают в профиле две стадии развития: а) элювиально-иллювиальной дифференциации и б) темноцветного гумусообразования в верхней части профиля, уже прошедшего этап текстурной дифференциации (наложенная эволюция по В.О. Таргульяну), 3) похолодание в суббореале (SB) и субатлантике (SA) сопровождалось деградацией темноцветного горизонта, сохранением его в виде реликтового второго гумусового горизонта и образованием Al-Fe-гумусового наложенного профиля.

II. На песчаных отложениях: 1) раннеголоценовая примитивная почва имеет следы нарушений от криогенеза, 2) в средний голоцен (АТ) происходит интенсивное образование горизонтов А2-Вf, 3) во влажные фазы SB-SA происходит деградация гор. Bf (образование клиньев, языков). Наблюдается ослабление интенсивности подзолообразования в позднем голоцене.

Различные точки зрения сложились относительно механизма текстурной дифференциации суглинистых почв: 1) педогенная дифференциация, изложенная выше и 2) литогенная, являющаяся результатом доголоценового седиментогенеза при относительно небольшом вкладе голоценового педогенеза. Дискуссия по этим вопросам нашла широкое отражение и еще продолжается на страницах журнала "Почвоведение". Предлагаемые в последнее время представления о цикличности эволюции, периодичности почвообразования и цикличности морфолитогенеза дают возможность оценить с новых позиций историю почвообразования в голоцене.

Привлечение большого количества датированных почв (свыше 60) дало возможность обнаружить [8] семь интервалов педогенеза на протяжении голоцена: актуальный, SA, SB, АТ-3, АТ-1, ВО, Al-PB. В промежутках между интервалами педогенеза происходили активные процессы морфолитогенеза. Таким образом, на хронологической шкале голоцена выделяют семь фаз педогенеза и шесть — морфолитогенеза. Продолжительность почвенной фазы в среднем 1250 лет, морфолитогенной — 590. В результате формируется полилитогенная слоистая толща, часто в пределах 1.9-2.0 м и ближе к поверхности состоящая из ряда погребенных почв, залегающих под современной или актуальной. На показанном профиле (см. рисунок) видна серия почв: два погребенных подзола и современный слабодифференцированный подбур в верхней части (бассейн р. Хоседа-ю, лесотундра). Согласно радиоуглеродному датированию формирование погребенных почв относится к позднему голоцену: нижнего подзола — 3000 лет назад (SB), верхнего — 1000 лет назад (SA). Профиль нарушен криотурбацией. В ряде случаев погребенные почвы претерпевают изменения вследствие диагенетических процессов, криогенеза, переотложения, что затрудняет их обнаружение.

Успешное развитие палеогеографических исследований, обусловленное их междисциплинарным характером, с использованием методов палеоботаники, палинологии, палеопочвоведения, историко-археологических, изотопных позволило разработать представления об изменении природных условий в голоцене. Согласно К.К. Маркову [5] изменения природных условий в голоцене характеризовали: 1) направленность, 2) наличие ритмических колебаний климата, 3) метахронность (индивидуальностью развития отдельных регионов при сходном воздействии внешних факторов). Н.А. Хотинский [10] утверждает, что главные рубежи голоцена, скачкообразные изменения ландшафтно-климатических ситуаций были синхронными. Реконструкции климата голоцена Севера Русской равнины полностью согласуются со схемами для лесной зоны Европы. Согласно В.А. Климанову [4] эти изменения также были одновременными в разных районах гумидной зоны Севера Евразии, но амплитуда колебаний разная, что связано с циркулярными изменениями атмосферы и океана.

Методологические подходы палеопочвенных исследований основаны на изучении следующих объектов: 1) почв, погребенных естественным путем, 2) захороненных под курганами, насыпями, выбросами, 3) хронорядов почв, 4) унаследованных признаков в профиле современных почв. Для реконструкции голоценовой истории развития почв одним из наиболее надежных методов является изучение погребенных почв. Согласно А. Бронгеру [11] палеопочвы сохраняют детальную запись климатических изменений в голоцене. Однако, при изучении погребенных почв возникают свои методические трудности: 1) диагенетические изменения после погребения (уплотнение, изменение содержания гумуса, стирание менее устойчивых признаков), например, через 200 лет после погребения уменьшается мощность гор. А1, усиливается цветность, насыщенность окраски, увеличивается плотность, отмечаются сдвиги в соотношении С:N. Наиболее устойчивыми признаками являются объемный вес, пористость, агрегация, валовый и гранулометрический состав, показатели органического вещества (оптическая плотность, элементный состав, макромолекулярные структуры и ароматические соединения с разными функциональными группами).

Главными проблемами при изучении палеопочв являются их обнаружение, корректная диагностика и идентификация, датирование. В качестве основы диагностики должно быть применение понятия ЭПП. Для избежания ошибок следует изучать палеокатены. Одним из ведущих методов при палеопедологических исследованиях является изучение микростроения почв, поскольку анализы макроморфологии, физико-химических и других свойств не всегда выявляют палеопочвы. Большое значение имеет корректное определение возраста. Органическое вещество погребенной почвы иногда может быть смешано с гумусом нижележащей породы и тогда возраст получается более древний. И наоборот, если погребенная почва залегает на небольшой глубине - происходит омоложение за счет новообразованного гумуса. Например, в почвах средней части Русской равнины второй гумусовый горизонт на глубине 20 см был омоложен на 2000 лет.

Один из ведущих почвоведов США Р. Арнольд (R. Arnold), директор отдела почвенной картографии Департамента сельского хозяйства, считает, что при интерпретации погребенных почв следует провести: 1) реконструкцию почвообразующих процессов, 2) сопоставление с современными почвами, 3) сопоставление с современными ландшафтами и климатом. Ошибки в интерпретации случаются вследствие недостатка знаний о почвенных процессах, так как многие процессы формируют одни и те же черты. Генезис почв еще остается "черным ящиком". Для улучшения интерпретации погребенных почв необходимо: 1) генезис современных почв выявлять детально, 2) использовать катенарный подход, 3) изучать гумусовый профиль, так как его параметры являются индикаторами изменчивости палеоэкологических условий, 4) учесть диагенетические изменения. Особенно сложно интерпретировать профили, нарушенные эрозией, переотложенные и впоследствии испытавшие возобновление педогенеза. По словам У.Р. Гарднера (U.R. Gardner), президента Американского общества почвоведов, почва представляет собой одну из самых сложных среди всех известных больших систем. Она слагается из бесконечного множества разнообразных химических и биологических явлений, которые обеспечивают невозможность статичности системы и прихода ее в состояние равновесия.

ЛИТЕРАТУРА

1. Александровский А.Л. Эволюция почв Восточно-Европейской равнины в голоцене. М.: Наука, 1983. 148 с.

2. Дюшофур Ф. Основы почвоведения. М., 1970. 591 с.

3. Захаров С.А. Курс почвоведения. М., 1927. 285 с.

4. Климанов В.А. Особенности изменения климата Северной Евразии в позднеледниковье и голоцене // Бюл. МОИП. Отд. геол., 1994. Т. 96, вып.1. С. 58-63.

5. Марков К.К. Главные изменения природы поверхности Земли в голоцене // Палеогеография четвертичного периода. М.: Изд-во МГУ, 1965. С. 5-18.

6. Роде А.А. Почвообразовательный процесс и эволюция почв. М.: Географгиз, 1947. 142 с.

7. Рупрехт Ф.И. Геоботанические исследования о черноземе. СПб., 1866. — (Зап. Акад. наук. Т. 10. Приложение № 6).

8. Сычева С.А. Ритмы почвообразования и осадконакопления в голоцене (сводка С14 данных) // Почвоведение, 1999. № 6. С. 677-687.

9. Таргульян В.О., Александровский А.Л. Эволюция почв в голоцене: проблемы, факты, гипотезы // История биогеоценозов СССР в голоцене. М.: Наука, 1976. С. 57-59.

10. Хотинский Н.А. Дискуссионные проблемы реконструкции и корреляции палеоклиматов голоцена // Палеоклиматы позднеледниковья и голоцена. М., Наука, 1989. С.12-17.

11. Bronger A., Winter R., Heinkele F. Pleistocene climatic records of East and Central Asia based on micromorpho-logical and mineralogical indicators of loess-paleosol sequences // INQUA/ISSS Paleopedology Commission Newsletter, 1996. № 2. P. 16.