Первые попытки обобщения знаний о почве, накопленных земледельцами, относятся к античному периоду. Так, в сочинениях древнегреческих философов Аристотеля и Теофраста встречается разделение почв на прекрасные, хорошие, плодородные, приемлемые, истощенные, бедные, бесплодные. Однако развитие почвоведения как науки началось значительно позднее.
А. А. Роде, почвообразовательным процессом называется совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, протекающих в почвенной толще. Агентами почвообразования являются живые организмы и продукты их жизнедеятельности, вода, кислород воздуха и углекислота. Наиболее важные слагаемые почвообразовательного процесса: 1) превращение (трансформация) минералов горной породы, из которой образуется лочва (а в дальнейшем и самой почвы); 2) накопление в ней органических остатков и их постепенная трансформация; 3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органо-минеральных соединений; 4) накопление (аккумуляция) в верхней части почвы ряда биофильных элементов, и прежде всего элементов питания; 5) передвижение продуктов почвообразования с током влаги в профиле формирующейся почвы.
Свойства почв, их биопродуктивность и плодородие определяются в значительной степени качественным составом и относительным содержанием отдельных соединений. Однако полностью изучить вещественный состав почвы в настоящее время — задача трудная, хотя определенные успехи в данном направлении имеются. Например, относительно полно изучен состав минералов некоторых почв, идентифицированы некоторые органические соединения индивидуальной природы (сахара, аминокислоты, кислоты жирного ряда, витамины, ферменты и т. д.), собраны сведения о составе и свойствах минерально-органических соединений комплексной природы.
Общая схема почвообразовательного процесса рассматривает сложную картину и последовательные стадии формирования почвы. Наиболее важные слагаемые почвообразовательного процесса: превращение (трансформация) минералов горной породы, из которой образуется почва, а в дальнейшем и :самой почвы; накопление в ней органических остатков и их постепенная трансформация; взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием сложной системы органо-минеральных соединений; накопление (аккумуляция) в верхней части почвы ряда биофильных элементов, и прежде всего элементов питания; передвижение (миграция) продуктов почвообразования с током влаги в профиле почвы и по ее поверхности и др.
Главным и практически основным источником поступления энергии в почву является солнечная радиация. Вся поверхность Земли получает в год от солнца, по приблизительным оценкам, 21 • 1020 Дж тепла. Основная часть этой энергии расходуется на испарение воды с поверхности суши и океана и на турбулентный теплообмен между подстилающими поверхностями и атмосферой, т. е. на формирование климата и океанических течений. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения) усваивают только от 0,5 до 5 % солнечной энергии.
Изложенная выше общая схема почвообразовательного процесса представляет абстрактную модель. Конкретные особенности почвообразования и дальнейшей эволюции и развития почв зависят от характера проявления известных природных, а в современных условиях — и антропогенных факторов, их изменения во времени и пространстве.
В результате почвообразовательного процесса из материнской породы формируется почва. Она приобретает ряд важных свойств и признаков, в ней возникают новые вещества, которых не было в почвообразующей породе. Почва расчленяется на генетические горизонты и приобретает только ей присущие внешние, или морфологические, признаки. Таким образом, почва отличается ог почвообразующей породы не только плодородием, но и морфологическими признаками. По ним можно отличить почву от породы, одну почву от другой, а также приблизительно судить о направлении и степени выраженности почвообразовательного процесса.
В. В. Докучаевым, который установил, что почва как особое природное тело формируется в результате тесного взаимодействия следующих факторов —.климата, растительности, почвообразующих пород, рельефа местности и возраста страны (времени). Сочетание факторов почвообразования — это комбинации экологических условий развития почвообразовательного процесса и почв. Изучение каждого фактора почвообразования предусматривает его характеристику по определенным параметрам и оценку его роли в почвообразовании.
Осадочные породы — отложения продуктов выветривания массивнокристаллических пород или остатков различных организмов. Они подразделяются на обломочные, химические осадки и биогенные. Среди осадочных пород химического и биогенного происхождения важную роль в почвообразовании играют карбонатные отложения — известняки, мергели, доломиты, мел.
К главным почвообразующим породам относятся рыхлые осадочные породы. На них почти повсеместно развиваются почвы.В зависимости от генезиса, условий формирования четвертичные осадочные породы характеризуются различным составом, строением, сложением и свойствами, что существенно отражается на почвообразовании и плодородии формирующихся почв.
Под атмосферным климатом понимают среднее состояние атмосферы той или иной территории (земного шара, материков, стран, областей, районов и т. п ), характеризуемое средними показателями метеорологических элементов (температура, осадки, влажность воздуха и т. д.) и их крайними показателями, дающими представление об амплитудах колебаний в течение суток, сезонов и целого года.
В почвообразовании участвуют 3 группы организмов — зеленые растения, микроорганизмы и животные, образующие на суше сложные биоценозы. При совместном воздействии организмов в процессе их жизнедеятельности, а также за счет продуктов жизнедеятельности осуществляются важнейшие звенья почвообразования — синтез и разрушение органического вещества, избирательная концентрация биологически важных элементов, разрушение и новообразование минералов, миграция и аккумуляция веществ и другие явления, составляющие сущность почвообразовательного процесса и определяющие формирование главного свойства почвы — плодородия.
Масса микроорганизмов составляет от 3 до 7—8 т/га, или около 1—2 т/га сухого вещества. Содержание микрофлоры и ее активность подвержены определенной динамике в годичном цикле почвообразования в связи с изменением гидротермического режима и многократными повторяющимися генерациями микроорганизмов.
Почвенная фауна весьма многочисленна и разнообразна. К животному миру, принимающему активное участие в жизни почвы, относятся различные представители простейших, беспозвоночных и позвоночных животных.
Различают 3 группы форм рельефа: макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф.Под макрорельефом понимают самые крупные формы рельефа, определяющие общий облик большой территории: равнины, плато, горные системы. Возникновение макрорельефа связано главным образом с тектоническими явлениями в земной коре.
Процесс почвообразования протекает во времени. Каждый новый цикл почвообразования (сезонный, годичный, многолетний) вносит определенные изменения в превращения органических и минеральных веществ в почвенном профиле. Поэтому фактор времени («возраст страны», по В. В. Докучаеву) имеет огромное значение в формировании и развитии почв.
Производственная деятельность человека — специфический мощный фактор воздействия на почву (обработка, удобрения, мелиорация и т. п.) и на весь комплекс окружающих условий развития почвообразовательного процесса (растительность, элементы климата, гидрологию). Это фактор сознательного, направленного воздействия на почву, вызывающий изменение ее свойств и режимов (реакции при известковании, питательного режима при внесении удобрения, водно-воздушного и окислительно-восстановительного режимов при осушительных и оросительных мелиорациях ит. п.) значительно более быстрыми темпами, чем это происходит под воздействием природного почвообразования. Производственная деятельность человека в современную эпоху становится решающим фактором почвообразования и повышения плодородия почвы на значительных пространствах земного шара. При этом характер и значимость изменений почвы зависят от социально-экономических производственных отношений, уровня развития науки и техники.
Факторы почвообразования оказывают специфическое воздействие на образование почв и не могут быть заменены друг другом. В этом смысле они равнозначимы. Каждый из них играет свою роль в процессах обмена материей и энергией между почвой и окружающей ее природной средой.
Почва — многофазная полидисперсная система, состоящая из четырех фаз: твердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенный раствор), газообразной (почвенный воздух) и живой (почвенные организмы). Эти фазы находятся в тесном взаимодействии.
В состав почвообразующих пород и почв входят первичные и вторичные минералы. Первичные минералы слагают магматические породы, а в рыхлых породах и почвах являются остаточным материалом выветривания исходных пород. Вторичные минералы возникли из первичных под воздействием климатических и биологических факторов.
Твердая фаза почв и почвообразующих пород состоит из частиц различной величины, которые называются механическими элементами. По происхождению различают минеральные, органические и органо-минераль-ные частицы. Они представляют собой обломки горных пород, отдельные минералы (первичные и вторичные), гумусовые вещества, продукты взаимодействия органических и минеральных веществ.
Различные фракции механических элемешов, как мы видели, имеют неодинаковые свойства Поэтому и почвы и породы также будут обладать неодинаковыми свойствами в зависимости от разного содержания в них тех или иных фракций механических элементов.
Механический состав почв оказывает большое влияние на почвообразование и сельскохозяйственное использование почв. От механического состава почв и почвообразующих пород в значительной степени зависит интенсивность многих почвообразовательных процессов, связанных с превращением, перемещением и накоплением органических и минеральных соединений в почве. В результате в одних и тех же природных условиях на породах разного механического состава формируются почвы с неодинаковыми свойствами.
Органическое вещество и процессы его трансформации играют значительную роль в формировании почвы и ее важнейших свойств и признаков: относительно стабильного, способного к воспроизводству плодородия; различных форм буферности и санитарно-защитных функций, сорбционных свойств и др. Органические вещества принимаю! участие в питании растений, создании благоприятных водно-физических свойств почвы, миграции различных элементов в почвах и биосфере. Все важнейшие почвенные процессы протекают при прямом или косвенном участии органического вещества.
Первичными источниками органических веществ почвы и биосферы являются так называемые первичные продуценты, или автотроф ы,— организмы, способные к самостоятельному синтезу органического вещества из минеральных соединений. В наземных экосистемах по давляющую часть первичной продукции производят зеленые растения.
К настоящему времени наиболее изучены состав и строение гуминовых кислот и фульвокислот. Гумусовые вещества «являются не химически индивидуальными соединениями, а группой веществ, обладающих лишь общими чертами строения, но варьирующих по своей природе и свойствам» (Кононова, 1957). Это варьирование проявляется в элементном составе гумусовых веществ различного происхождения, в наборе структурных единиц, составляющих молекулу, молекулярных массах и других свойствах соединений.
Взаимодействие с минеральными компонентами. Наличие многочисленных функциональных групп обусловливает разнообразиые взаимодействия гумусовых веществ практически со всеми компонентами почв. В природном почвообразовании гумусовые вещества активно взаимодействуют с минеральными соединениями почвы, что придает известную стабильность гумусу и способствует формированию специфических почвенных аккумуляций гумуса, макро-и микроэлементов минерального питания, в ряде случаев приводит к характерному агрегатообразованию. Другие типы взаимодействия, наоборот, увеличивают лабильность минеральных компонентов, способствуя их выносу за пределы профиля.
Почвы различных типов, как и различных уровней окульту-ренности, существенно отличаются по количеству и качеству органического вещества. В настоящее время используют множество методов, характеризующих состав и свойства органического вещества почв. Однако не всегда определяемым показателям может быть дана четкая однозначная почвенно-генетическая или агрономическая интерпретация.