Обширные степные просторы, удивительный облик степных почв – чернозёмов, их огромная мощность, высокая гумусированность, большие запасы органического вещества и плодородие привлекали к ним внимание многих исследователей. Развернувшаяся в XVIII–XIX вв. многолетняя научная дискуссия о происхождении чернозёмных почв «породила» более 30 гипотез, которые В.В. Докучаев сгруппировал в три группы: наземно-растительную (М.В. Ломоносов, И.А. Гюльденштедт, Э.А. Эверсман, Ф.И. Рупрехт, В.В. Докучаев и др.), морскую (Р.И. Мурчисон, П.С. Паллас, А. Петцгольд и др.) и болотную (Э.И. Эйхвальд, Н.Д. Борисяк, Ф.Ф. Вангенгейм фон Квален и др.) концепции происхождения чернозёмов. Авторы в научных публикациях, дискуссиях, письмах отстаивали правоту именно своей точки зрения на вопрос происхождения степных почв.
Целью исследования является анализ теорий образования и эволюции чернозёмов в работах отечественных учёных конца XIX–XX вв.
Материалы и методы исследования
Материалом для исследования послужили опубликованные научные работы отечественных естествоиспытателей XIX–XX вв., а также современные источники, посвящённые рассматриваемому вопросу. Анализ научных взглядов на происхождение степных почв проведён на основе сравнительно-исторического метода.
Результаты исследования и их обсуждение
В.В. Докучаев в своём классическом произведении «Русский чернозём» (1883), характеризуя сложившиеся к концу XIX в. научные взгляды на происхождение чернозёмных почв, фактически ставит точку в этих спорах, подчёркивая, что авторы, начиная с Гюльденштедта, единогласно признают тот факт, что «наш чернозём есть образование местное, наземное, происшедшее чрез изменение тех материнских горных пород, которые ещё и теперь подстилают рассматриваемую нами почву» [1, c. 301]. При этом учёный делает вывод, что ни одно из свойств чернозёма не может быть объяснено ни гипотезой Палласа и Мурчисона, ни гипотезой Эйхвальда, а только наземным происхождением чернозёмных почв.
В.В. Докучаев опровергает чисто морскую гипотезу происхождения чернозёма, приводя в качестве доказательства, то, что при водном образовании чернозёмные почвы должны нести признаки слоистости и быть однородными как по сложению, так и по составу, но в то же время он последовательно выстраивает водно-ледниково-морскую теорию образования лёссов, на которых сформировалась большая часть чернозёмов [1]. Учёный подчёркивает, что отложение лёсса относится, главным образом, к периоду окончательного отступления ледника. При этом он отмечает, что возможность степных почв на лёссе ограничена слоем этой породы и обогащение их органикой возможно только до известного предела (до 1,5 м и 20 % гумуса) [1].
Продолжая развивать теорию лёссообразования, академик Л.С. Берг отмечал, что лёсс, являясь продуктом выветривания аллювиальных, делювиальных, пролювиальных, флювиогляциальных и других мелкозёмистых пород, приобретает в процессе почвообразования известковых отложений свои лучшие свойства (пористость, рыхлость, водопроницаемость, мелкоземистость и карбонатность) [2]. По мнению С.С. Неуструева, независимо от характера происхождения лёссовых пород (эолового или водного) необходимым условием образования лёсса является достаточное содержание почвенного раствора с наличием карбонатов. Особенности этого процесса находятся в прямой зависимости от внешних условий и свойств самой породы. Нахождение следов корней и стеблей, а также аккумуляции «рассеянного гумуса степного или пустынного типа» в лёссах Восточно-Европейской равнины в субарктический период оформилось в современных научных представлениях в базовую концепцию цикличных последовательных процессов лито-, морфо- и педогенеза в условиях поздневалдайской криогиперзоны [3].
Один из современных взглядов на докучаевскую парадигму происхождения чернозёмных почв вносит в неё коррективы, выдвигая лёсс в число ведущих факторов образования чернозёмов, несмотря на многообразие почвообразующих пород по минералогическому, гранулометрическому и химическому составу [4]. При этом авторы данной теории позиционируют лёссовые породы как предпочву чернозёмов.
Другая точка зрения на образование чернозёмных почв содержится в работах классика почвоведения и агрономии – В.Р. Вильямса. Отрицая связь чернозёмов и лёссов, учёный полагал, что чернозём образовался под воздействием тех климатических условий, которые господствуют в зоне его залегания в настоящее время, аргументируя это тем, что чернозём находят в недалеком расстоянии от Якутска и в Индии, климатические условия которых резко отличаются друг от друга [5]. Это не помешало Василию Робертовичу, достаточно подробно описать этапы образования лёссов и чернозёмов и разработать теорию эволюции почв, сущность которой заключается в последовательном и постепенном прохождении тундровой – лесной – луговой – степной стадий в позднеплейстоценовое – голоценовое время.
Предположения В.В. Докучаева о прохождении лёссами и чернозёмами гидроморфной стадии в своем развитии были подтверждены С.С. Неуструевым и Л.И. Прасоловым при обследовании чернозёмов речных террас Поволжья. Учёные предположили, что чернозёмы образуются из пойменных луговых почв по мере «обсыхания» территории, понижения уровня почвенно-грунтовых вод, выхода из сферы поверхностного обводнения. Эта идея стала очень популярна в среде русских и советских почвоведов, географов, ботаников. Гидроморфизм отмечался и на других территориях «чернозёмного материка» – Средне-Русской возвышенности, Азовско-Кубанской низменности, Среднем Заволжье, предгорных Кавказских равнинах [6; 7]. Чернозёмы Западной Сибири, отличаясь от чернозёмных почв Восточно-Европейской равнины малой мощностью, глубокой языковатостью, непрочной структурой, солонцеватостью, также прошли в своём развитии гидроморфный этап [8].
Нельзя не отметить существование альтернативных точек зрения на образование и дальнейшую эволюцию чернозёмных почв. Об относительно постоянных автоморфных условиях чернозёмообразования высказался С.С. Неуструев, представляя болотную и луговую стадии как частный случай генезиса чернозёмов. С представлениями об изначальной автоморфности чернозёмов согласуется гипотеза И.П. Герасимова, утверждающего, что увеличение мощности гумусового горизонта во многих чернозёмах происходит за счёт роста почвенной толщи вверх в результате эоловой аккумуляции рыхлого субстрата [9].
Представляя теорию эволюции степных почв В.Р. Вильямса с современных позиций направленной миграции вещества, В.А. Ковда отмечает, что единый геохимический поток связал воедино в серию сопряжённых ландшафтов всю территорию Русской равнины [8]. Талые воды ледника, как стекающие по поверхности, так и текущие внутри почвы, вызвали перераспределение веществ в соответствии с закономерностями геохимической дифференциации. При этом очень важна роль грунтовых вод, которые служат источником постоянного привноса разнообразных соединений, выпадающих в осадок в почвенных горизонтах в результате транспирации и испарения.
Черты былого палеогидроморфизма получили своё отражение в профиле лёссовых пород и почв наличием в лёссах прослоев и линз грубообломочного материала, слоистости, пресноводных моллюсков, солевых прослоев. В чернозёмах они представлены высокими запасами гумуса, окарбоначенностью, оглеением, марганцево-железистыми, кремнеземистыми, карбонатными, гипсовыми новообразованиями, остаточным скоплением легкорастворимых солей, остатков гидрофильной флоры и фауны, насыщенностью почвы монтмориллонитом [8].
Своеобразным итогом в решении проблемы палеогидроморфизма чернозёмов является гипотеза гидроморфного прошлого всех почв в пределах водно-аккумулятивных равнин (в современной интерпретации концепция «однонаправленного поступательного развития почв»), выдвинутая советским почвоведом В.А. Ковдой [8]. В общей направленности климатических изменений от перигляциальных условий позднего плейстоцена к относительно тёплым и влажным голоценовым палеогидроморфизм чернозёмов представляется не как частный случай, а как неизбежный этап эволюции степных почв, что соответствует положениям учения В.В. Докучаева, который отмечал повышенную обводненность Восточно-Европейской равнины в конце ледниковой эпохи. Если почвообразующая порода имеет водный генезис, а почвообразование шло одновременно с отложением породы, почва не могла не пройти гидроморфной стадии. Со временем гидроморфные свойства чернозёмов были полностью или частично поглощены чернозёмообразованием.
Пономарева В.В., Плотникова Т.А. и Самойлова Е.М., рассматривая превышение запасов гумуса в нижней части гумусового горизонта типичных и обыкновенных горизонтов относительно количества корневой биомассы, утверждают, что эта часть гумусового горизонта данных почв была сформирована в условиях повышенного гидроморфизма под луговой растительностью. Унаследованная природа нижней части гумусового горизонта подтверждена радиоуглеродными датировками – 6–7 тыс. лет, иногда 9,5–9,8 тыс. лет. Эту дату можно считать временем появления чернозёма. При этом более древние датировки относятся к южной части Восточно-Европейской равнины. И.И. Лебедева, отмечая отчетливую двухъярусность в распределении гумуса чернозёмных формаций (за исключением чернозёмных почв Азовско-Кубанской низменности), делает вывод о том, что верхняя часть гумусового горизонта чернозёмов является результатом исторически последнего этапа почвообразования, общего для всего чернозёмного ареала Восточной Европы [10].
Произошедшие в почвах лесостепной, чернозёмной и каштановой зон Восточно-Европейской равнины за последние 3000–4000 лет процессы увеличения выщелоченности карбонатов, иллювиирования тонких механических фракций и усиления оподзоленности лесостепных почв являются результатом почвообразования в условиях действия одной и той же комбинации ландшафтных факторов.
В развитии теории растительно-наземного происхождения чернозёмных почв основополагающее значение имеет вопрос формирования гумусового горизонта чернозёмов под лугово-степной растительностью. Известные исследователи биологической составляющей образования чернозёмных почв П.А. Костычев и В.Р. Вильямс связывали дерновый процесс с жизнедеятельностью в степях злаковой и бобовой травянистой растительности, при разложении которой при помощи микроорганизмов в верхней части профиля почвы развивается гумусово-аккумулятивный процесс, создаётся комковато-зернистая структура и формируется почва с высоким уровнем плодородия.
Впервые об источниках гумусообразования степных почв высказались В.В. Докучаев и П.А. Костычев. При этом П.А. Костычев полагал, что гумус в чернозёмах образовался только благодаря разложению растительных остатков, особенно корневых систем трав, отрицая возможность механического и химического перемещения гумусовых веществ в профиле почвы [11; 12]. В.В. Докучаев же считал, что в образовании гумуса важную роль играют водорастворимые гуминовые вещества [1]. Подвергая критике выводы П.А. Костычева, И.Ф. Леваковский отмечает, что корни растений можно считать только вспомогательным источником органических веществ для чернозёма. Подтверждая исследования И.Ф. Леваковского, С.П. Кравков подчёркивает, что ближайшим и непосредственным источником в почве гумусообразования являются именно водные растворы, получающиеся из разлагающихся растительных остатков. К концу вегетации растений, когда их рост и потребление питательных элементов сильно сокращается, при иссушении почвы и «затухании» деятельности микроорганизмов происходит «отдача» в почву с корневыми выделениями нового синтезированного органического вещества взамен старого, израсходованного почвой на минерализацию в предшествующий сезон. Таким образом, мысль В.В. Докучаева о корневых выделениях получила научное подтверждение и является общепризнанной.
Вместе с тем необходимо отметить положительную роль П.А. Костычева, который в острых спорах доказывал свою точку зрения, являясь, по сути, соавтором зарождающейся новой науки – почвоведения. В частности, на начальных этапах своей научной деятельности В.В. Докучаев считал ведущими факторами почвообразования климатические условия. Но в последующем, под влиянием критики со стороны П.А. Костычева, он пришёл к выводу о ведущей роли биологического фактора в образовании чернозёмных почв. Учение о ведущей роли растительности в частности, и биологических факторов в целом, в образовании почв степной зоны было развито учениками и последователями В.В. Докучаева и П.А. Костычева.
Развивая идею Докучаева – Костычева о гумусообразовании и гумусонакоплении под пологом степной растительности, выдающиеся учёные XX века В.Р. Вильямс, И.П. Герасимов, И.В. Тюрин, В.А. Ковда и др. отмечали, что образование гумуса в чернозёмах состоит в соединении двух противоположных процессов – синтеза и разложения органического вещества, которые сопровождаются аккумуляцией и выделением энергии. Синтез органического вещества осуществляется высшими зелёными растениями, а его разложение – микроорганизмами (бактериями и грибами), которые в сочетании составляют растительную формацию. Прохождение этих процессов возможно за счёт определённых экологических условий: повторяемости влажных и сухих периодов, приводящих к трансформации гумусовых веществ и их закреплению в почвенном профиле в виде гуматов кальция. Наряду с процессами синтеза/ресинтеза органических веществ в почве идут процессы окисления, полимеризации, взаимной конденсации, в результате которых возникают более устойчивые к разложению высокомолекулярные соединения, имеющие характер гуминовых веществ [13]. Содержание гумуса и мощность гумусных горизонтов закономерно убывают к северу и югу от «центральной полосы чернозёмов», в результате чего образуется система изогумусовых полос [1].
Заключение
Таким образом, на протяжении XIX–XX вв. исследованиями отечественных учёных было установлено, что обязательным условием образования чернозёма является наличие многолетней травянистой растительности, корневая система которой на фоне непромывного водного режима в нейтральной или слабощелочной среде способствует образованию и накоплению гумуса преимущественно гуматного типа и биогенной аккумуляции биофильных элементов. Для гумусовых горизонтов чернозёмных почв характерна зернистая водопрочная структура, которая обязана коагулирующему и скрепляющему эффекту почвенных коллоидов, насыщенных обменным кальцием. Важным условием образования и дальнейшей эволюции чернозёмов является наличие карбонатного и солевого горизонтов. Неизменным элементом эволюции чернозёмных почв является понижение глубины вскипания и иллювиирование новообразований карбонатов и илистых частиц в нижележащие горизонты почв, в соответствии с которым, чем влажнее климат, тем глубже находятся карбонаты.
Анализ развития научных представлений о происхождении и эволюции чернозёмов показал, что существуют «рациональные зёрна» в морской теории П.С. Палласа и Р.И. Мурчисона и в водно-болотной теории Э.И. Эйхвальда и Ф.Ф. Вангенгейм фон Квалена, которые, однако, «не работают» без растительно-наземной гипотезы образования чернозёмных почв, занимающей в настоящее время лидирующие позиции.
Необходимо отметить выдающуюся роль В.В. Докучаева в решении вопроса о происхождении чернозёмов. В своих письмах, статьях, фундаментальных работах, среди которых «Русский чернозём» и «Наши степи прежде и теперь», он достаточно детально проанализировал все гипотезы образования чернозёмных почв, сгруппировал их в 3 группы и смог установить истину в этой научной проблематике, определив вектор движения научной мысли на десятилетия вперёд. Для современных учёных остаётся провести полное исследование состава и свойств чернозёмов на всём широтном простирании степной зоны, дополнив недостающие детали о закономерностях развития степных почв и, что очень важно, получить возможность «заглянуть» в будущее для решения актуальных проблем степеведения.
Статья подготовлена по теме НИР Института степи УрО РАН.
Библиографическая ссылка
Грошева О.А. ВОПРОСЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ И ЭВОЛЮЦИИ ЧЕРНОЗЁМОВ В РАБОТАХ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ УЧЁНЫХ КОНЦА XIX–XX ВВ. // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 11. – С. 52-56;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37514 (дата обращения: 19.04.2024).