Понятие о почвенном профиле и профильный метод изучения почв были введены в науку В. В. Докучаевым в конце прошлого столетия. Профильный метод исследования почв оказался столь удачным, что используется до сих пор как наиболее рациональный и научно обоснованный, отвечающий природным закономерностям вертикальной анизотропности почв. Профиль почвы образуется в результате дифференциации исходной почвообразующей породы под влиянием почвообразования на генетические горизонты. Сочетание генетических горизонтов, характерное для каждого природного типа почвообразования, дает почвенный профиль. Говоря о профиле почвы, мы имеем в виду не плоскую стенку почвенного разреза, а реальное тело природы в трех измерениях, т. е. прежде всего почвенный индивидуум — педон. Главное — это единство почвенного профиля, его генетическая целостность. Все горизонты в профиле взаимно связаны и обусловлены. Он формируется из исходной материнской породы сразу как единое целое, расчленяясь на генетические горизонты. И хотя в разных типах почв отдельные горизонты могут иметь близкие диагностические признаки и быть аналогичными или однотипными в генетическом плане, как, например, гумусово-аккумулятивный или глеевый горизонты в разных почвах, тем не менее для данной конкретной почвы всегда имеет место комплекс взаимосвязанных генетических горизонтов, составляющих ее характерный профиль, а не их простая сумма. Важно подчеркнуть при этом, что профиль почвы, его характерный облик, строение, свойства являются основным признаком почвенного индивидуума и почвы вообще. Различия в почвенном профиле — это различия между разными почвами, составляющими почвенный покров планеты. Профиль почвы характеризует изменение всех ее свойств по вертикали, связанное с воздействием почвообразовательного процесса на материнскую горную породу. Наблюдается закономерное изменение гранулометрического, минералогического, химического состава, физических, химических и физико-химических свойств почвенного тела от поверхности почвы вглубь до не затронутой почвообразованием материнской породы. Это изменение может быть постепенным, однообразным, что отражается плавным ходом соответствующих кривых, характеризующих те или иные параметры почвы. С другой стороны, кривые могут иметь ряд минимумов и максимумов, что отражает горизонты выноса и аккумуляции тех или иных веществ, отражает резкие различия в составе и свойствах горизонтов профиля. Поскольку почва образуется из материнской породы со временем под воздействием единого процесса почвообразования, в результате которого происходит дифференциация породы на генетические горизонты почвенного профиля, то обычно переходы между горизонтами имеют более или менее постепенный характер. Однако в природе имеют место и резкие переходы между отдельными горизонтами, что может быть, с одной стороны, результатом исходной неоднородности породы, а с другой — результатом специфики почвообразования. Характер переходов между горизонтами в профиле почвы имеет вполне определенное диагностическое и генетическое значение. Главные факторы образования почвенного профиля, т. е. дифференциации почвообразующей породы на генетические горизонты — это, во-первых, вертикальные потоки вещества и энергии (нисходящие и восходящие в зависимости от типа почвообразования и его годовой и многолетней цикличности) и, во-вторых, вертикальное распределение живого органического вещества (корневые системы, микроорганизмы, почвообитающие животные) в массе почвы. Расшифровывая это общее положение, можно перечислить следующие факторы вертикальной дифференциации почвенного профиля.
1. Вертикальная ярусность корневых систем растений, связанная с биологическими особенностями растительных организмов, строением почвообразующих пород, уровнем и составом грунтовых вод.
2. Вертикальное распределение микроорганизмов.
3. Вертикальное распределение и миграции почво-обитающих животных.
4. Вертикальное перемещение влаги в почве: а) нисходящее под влиянием силы тяжести; б) восходящее под влиянием испарения с поверхности и капиллярных сил; г) двустороннее (направленное к слою максимального скопления сосущих корней) под влиянием транспирационной деятельности растительного покрова; д) двустороннее под влиянием градиента температуры, когда вода находится в парообразном состоянии.
5. Вертикальный поток тепла в почве: а) нисходящий, когда поверхность почвы нагревается солнцем выше ее внутренних слоев; б) восходящий, когда поверхность почвы охлаждается ниже ее внутренних слоев; в) двусторонний под влиянием градиента влажности
6. Вертикальная диффузия газов из атмосферы во внутренние слои литосферы (в почву и горную породу) под влиянием градиента концентраций, силы тяжести, градиента температуры.
7. Эманация газов из внутренних слоев земли к поверхности.
В. М. фридланд обращает внимание на то, что формирование и дифференциация почвенного профиля в значительной мере зависит от стадии и степени выветривания почвообразующей породы (коры выветривания). Разделив почвообразующие породы по стадиям выветривания на незрелые, зрелые и сверхзрелые, разные в разных биоклиматических зонах, он установил связь степени дифференциации профиля со стадией выветривания породы. Так, в подзолистой и подзолисто-буроземной зонах на незрелых породах формируются почвы с недифференцированным профилем, а на зрелых и сверхзрелых — с ясно дифференцированным. Необходимо также иметь в виду то обстоятельство, что при формировании почв на элювиальной коре выветривания массивно-кристаллических пород профиль почвы накладывается на профиль коры выветривания, под которым понимается совокупность зон выветривания, развивающихся на определенной горной породе под воздействием процессов выветривания — физической дезинтеграции, гидратации, выщелачивания, окисления и гидролиза. Профиль коры выветривания может быть полным, когда в нем присутствуют все четыре зоны выветривания, сокращенным, когда отсутствуют промежуточные зоны выветривания, и неполным, когда имеются лишь нижние (начальные) зоны. Теория вертикальной зональности кор выветривания разработана И. И. Гинзбургом, который установил на основе данных многих исследователей, что теоретически любая остаточная кора выветривания должна иметь зональный профиль, так как кислые почвенные , растворы, просачиваясь вниз, постепенно усредняются и переходят в слабощелочные и щелочные растворы. При этом выделяются четыре зоны выветривания (снизу вверх):
1) зона начальной гидратации и выщелачивания по трещинам пород, с преобладанием процессов физического выветривания (дезинтеграции);
2) зона гидратации и начального гидролиза по всей массе породы (глубокого выщелачивания);
3) зона гидролиза и конечного выщелачивания;
4) зона конечного гидролиза (образования окислов и гидроокислов элементов гидролизатов).
В почвенном профиле под влиянием почвообразования эти зоны трансформируются в генетические почвенные горизонты, причем процессы выветривания и почвообразования могут идти одновременно. В результате взаимного и согласованного действия всех перечисленных факторов возникает вертикальная составляющая почвообразовательного процесса, в принципе в условиях земной поверхности всегда направленная вниз, т. е. в глубь почвообразующей горной породы, постепенно с течением времени захватывая все более глубокие слои выветривающейся горной породы. В общем виде можно сказать, что почва растет вниз. Однако из этого общего правила есть многочисленные исключения, в том числе и не вполне ясные. Есть случаи, когда почва растет вверх: 1) нарастание торфяного слоя в олиготрофных болотах; 2) отложение наилка в поймах и дельтах рек и озер, когда подводное почвообразование постепенно сменяется сухопутным, а ежегодные разливы сопровождаются аккумуляцией наилка на поверхности; 3) отложение эолового наноса на поверхности; 4) отложение, в том числе периодическое, вулканического пепла на поверхности; 5) формирование намытых почв. Однако все эти случаи имеют локальный характер. В целом земная поверхность подвергается всеобщему процессу денудации: имеет место глобальный поток вещества с суши в океан, приводящий к постепенному понижению поверхности суши (тектонические катаклизмы временно меняют обстановку в отдельных областях планеты, не меняя в целом хода геологического процесса). В то же время на земной поверхности имеют место и более общие явления роста почвы вверх, что менее ясно и нуждается в специальном исследовании. Во-первых, приходится предполагать всеобщее за-пыление поверхности планеты, о масштабах которого и географии трудно сказать что-либо определенное. Данные археологии свидетельствуют, что в подавляющем большинстве известных случаев древние поселения, погребения, стоянки человека необходимо раскапывать из-под слоя поверхностного наноса, если только они не в пещерах и не обнажены водой либо ветром. Перекрывающий нанос, как правило, гомогенный, редко слоистый, не обнаруживающий признаков ни водно-аккумулятивного, ни эолового наноса. Это именно запыление, причем очень постепенное. Скорость этого процесса сопоставима со скоростью почвообразования, и потому здесь нет погребения почв, как в случае перекрытия поверхности водно-аккумулятивным, гляциальным или эоловым наносом, а идет весьма постепенный рост почвы кверху, причем весь профиль почвы постепенно растягивается вверх. Соотношение этого процесса с противоположным процессор денудации дает в результате современный почвенный профиль.
Кроме того, надо учитывать то обстоятельство, что почва по сравнению с исходной горной породой растет вверх и за счет разрыхления, т. е. изменения пористости материала, что очень важно иметь в виду при всех балансовых расчетах почвообразования. Рассматривая реальные процессы и почвы, мы можем сказать с весьма несущественной ошибкой, что увеличение объема почвы вследствие ее разрыхления происходит только вверх, ибо горизонтальные движения почвенной массы сдерживаются соседними объемами. Значит, имея данные по пористости исходной почвообразующей породы и сформированной из нее почвы, можно рассчитывать исходную мощность породы, из которой образовалась данная почва. Таким образом, мощность почвы увеличивается по сравнению с мощностью исходной породы, т. е. при разрыхлении почва растет вверх, образно говоря, как тесто на дрожжах. Этот вывод полностью соответствует реально наблюдаемым в природе явлениям. По мнению некоторых исследователей, почва расширяется вверх за счет «распушивания» при аккумуляции органического вещества, что требует обязательного учета объемного веса и мощности горизонтов при их сопоставлении . Приведенное рассуждение и соответствующий пример расчета относятся лишь к тому идеальному случаю, когда не меняется масса породы при почвообразовании или она меняется несущественно по сравнению с изменением объема. В реальных природных условиях это редкий случай. Обычно имеет место, с одной стороны, вынос вещества (денудация поверхности, выщелачивание), а с другой — принос его (накопление органического вещества, приток из атмосферы и с грунтовыми водами); баланс при этом может быть как положительным (например, в солончаке, в торфянике или в аллювиальной почве), так и отрицательным в зависимости от направления и типа почвообразования и общих геохимических условий данной территории. Соответственно, точный расчет изменения мощности породы при почвообразовании невозможен, если нет данных по балансу вещества в этом процессе. Можно лишь говорить о весьма приближенных оценках этим методом, имея в виду три ограничивающих условия: 1) однородность исходной породы; 2) реальность оценки исходной порозности породы; 3) несущественные изменения массы породы в процессе ее превращения в почву. Таким образом, почвенный профиль — это результат воздействия на породу противоположно направленных процессов. С одной стороны, почва растет вниз в глубь материнской породы, а с другой — вверх за счет разрыхления; одновременно идут процессы приноса и выноса веществ как на поверхности, так и в толще почвы. Эти обстоятельства очень важно учитывать при всех балансовых расчетах почвообразования и генетических интерпретациях почвенного профиля. Исходя из проведенного анализа можно теперь дать и определение почвенного профиля, под которым мы понимаем определенное сочетание генетических горизонтов в пределах почвенного тела (педона либо полипедона), специфическое для каждого типа почвообразования во всех особенностях его проявления. В некоторых случаях термин «профиль почвы» употребляется как синоним термина «почвенный индивидуум», хотя теоретически это не оправдано.
1. Вертикальная ярусность корневых систем растений, связанная с биологическими особенностями растительных организмов, строением почвообразующих пород, уровнем и составом грунтовых вод.
2. Вертикальное распределение микроорганизмов.
3. Вертикальное распределение и миграции почво-обитающих животных.
4. Вертикальное перемещение влаги в почве: а) нисходящее под влиянием силы тяжести; б) восходящее под влиянием испарения с поверхности и капиллярных сил; г) двустороннее (направленное к слою максимального скопления сосущих корней) под влиянием транспирационной деятельности растительного покрова; д) двустороннее под влиянием градиента температуры, когда вода находится в парообразном состоянии.
5. Вертикальный поток тепла в почве: а) нисходящий, когда поверхность почвы нагревается солнцем выше ее внутренних слоев; б) восходящий, когда поверхность почвы охлаждается ниже ее внутренних слоев; в) двусторонний под влиянием градиента влажности
6. Вертикальная диффузия газов из атмосферы во внутренние слои литосферы (в почву и горную породу) под влиянием градиента концентраций, силы тяжести, градиента температуры.
7. Эманация газов из внутренних слоев земли к поверхности.
В. М. фридланд обращает внимание на то, что формирование и дифференциация почвенного профиля в значительной мере зависит от стадии и степени выветривания почвообразующей породы (коры выветривания). Разделив почвообразующие породы по стадиям выветривания на незрелые, зрелые и сверхзрелые, разные в разных биоклиматических зонах, он установил связь степени дифференциации профиля со стадией выветривания породы. Так, в подзолистой и подзолисто-буроземной зонах на незрелых породах формируются почвы с недифференцированным профилем, а на зрелых и сверхзрелых — с ясно дифференцированным. Необходимо также иметь в виду то обстоятельство, что при формировании почв на элювиальной коре выветривания массивно-кристаллических пород профиль почвы накладывается на профиль коры выветривания, под которым понимается совокупность зон выветривания, развивающихся на определенной горной породе под воздействием процессов выветривания — физической дезинтеграции, гидратации, выщелачивания, окисления и гидролиза. Профиль коры выветривания может быть полным, когда в нем присутствуют все четыре зоны выветривания, сокращенным, когда отсутствуют промежуточные зоны выветривания, и неполным, когда имеются лишь нижние (начальные) зоны. Теория вертикальной зональности кор выветривания разработана И. И. Гинзбургом, который установил на основе данных многих исследователей, что теоретически любая остаточная кора выветривания должна иметь зональный профиль, так как кислые почвенные , растворы, просачиваясь вниз, постепенно усредняются и переходят в слабощелочные и щелочные растворы. При этом выделяются четыре зоны выветривания (снизу вверх):
1) зона начальной гидратации и выщелачивания по трещинам пород, с преобладанием процессов физического выветривания (дезинтеграции);
2) зона гидратации и начального гидролиза по всей массе породы (глубокого выщелачивания);
3) зона гидролиза и конечного выщелачивания;
4) зона конечного гидролиза (образования окислов и гидроокислов элементов гидролизатов).
В почвенном профиле под влиянием почвообразования эти зоны трансформируются в генетические почвенные горизонты, причем процессы выветривания и почвообразования могут идти одновременно. В результате взаимного и согласованного действия всех перечисленных факторов возникает вертикальная составляющая почвообразовательного процесса, в принципе в условиях земной поверхности всегда направленная вниз, т. е. в глубь почвообразующей горной породы, постепенно с течением времени захватывая все более глубокие слои выветривающейся горной породы. В общем виде можно сказать, что почва растет вниз. Однако из этого общего правила есть многочисленные исключения, в том числе и не вполне ясные. Есть случаи, когда почва растет вверх: 1) нарастание торфяного слоя в олиготрофных болотах; 2) отложение наилка в поймах и дельтах рек и озер, когда подводное почвообразование постепенно сменяется сухопутным, а ежегодные разливы сопровождаются аккумуляцией наилка на поверхности; 3) отложение эолового наноса на поверхности; 4) отложение, в том числе периодическое, вулканического пепла на поверхности; 5) формирование намытых почв. Однако все эти случаи имеют локальный характер. В целом земная поверхность подвергается всеобщему процессу денудации: имеет место глобальный поток вещества с суши в океан, приводящий к постепенному понижению поверхности суши (тектонические катаклизмы временно меняют обстановку в отдельных областях планеты, не меняя в целом хода геологического процесса). В то же время на земной поверхности имеют место и более общие явления роста почвы вверх, что менее ясно и нуждается в специальном исследовании. Во-первых, приходится предполагать всеобщее за-пыление поверхности планеты, о масштабах которого и географии трудно сказать что-либо определенное. Данные археологии свидетельствуют, что в подавляющем большинстве известных случаев древние поселения, погребения, стоянки человека необходимо раскапывать из-под слоя поверхностного наноса, если только они не в пещерах и не обнажены водой либо ветром. Перекрывающий нанос, как правило, гомогенный, редко слоистый, не обнаруживающий признаков ни водно-аккумулятивного, ни эолового наноса. Это именно запыление, причем очень постепенное. Скорость этого процесса сопоставима со скоростью почвообразования, и потому здесь нет погребения почв, как в случае перекрытия поверхности водно-аккумулятивным, гляциальным или эоловым наносом, а идет весьма постепенный рост почвы кверху, причем весь профиль почвы постепенно растягивается вверх. Соотношение этого процесса с противоположным процессор денудации дает в результате современный почвенный профиль.
Кроме того, надо учитывать то обстоятельство, что почва по сравнению с исходной горной породой растет вверх и за счет разрыхления, т. е. изменения пористости материала, что очень важно иметь в виду при всех балансовых расчетах почвообразования. Рассматривая реальные процессы и почвы, мы можем сказать с весьма несущественной ошибкой, что увеличение объема почвы вследствие ее разрыхления происходит только вверх, ибо горизонтальные движения почвенной массы сдерживаются соседними объемами. Значит, имея данные по пористости исходной почвообразующей породы и сформированной из нее почвы, можно рассчитывать исходную мощность породы, из которой образовалась данная почва. Таким образом, мощность почвы увеличивается по сравнению с мощностью исходной породы, т. е. при разрыхлении почва растет вверх, образно говоря, как тесто на дрожжах. Этот вывод полностью соответствует реально наблюдаемым в природе явлениям. По мнению некоторых исследователей, почва расширяется вверх за счет «распушивания» при аккумуляции органического вещества, что требует обязательного учета объемного веса и мощности горизонтов при их сопоставлении . Приведенное рассуждение и соответствующий пример расчета относятся лишь к тому идеальному случаю, когда не меняется масса породы при почвообразовании или она меняется несущественно по сравнению с изменением объема. В реальных природных условиях это редкий случай. Обычно имеет место, с одной стороны, вынос вещества (денудация поверхности, выщелачивание), а с другой — принос его (накопление органического вещества, приток из атмосферы и с грунтовыми водами); баланс при этом может быть как положительным (например, в солончаке, в торфянике или в аллювиальной почве), так и отрицательным в зависимости от направления и типа почвообразования и общих геохимических условий данной территории. Соответственно, точный расчет изменения мощности породы при почвообразовании невозможен, если нет данных по балансу вещества в этом процессе. Можно лишь говорить о весьма приближенных оценках этим методом, имея в виду три ограничивающих условия: 1) однородность исходной породы; 2) реальность оценки исходной порозности породы; 3) несущественные изменения массы породы в процессе ее превращения в почву. Таким образом, почвенный профиль — это результат воздействия на породу противоположно направленных процессов. С одной стороны, почва растет вниз в глубь материнской породы, а с другой — вверх за счет разрыхления; одновременно идут процессы приноса и выноса веществ как на поверхности, так и в толще почвы. Эти обстоятельства очень важно учитывать при всех балансовых расчетах почвообразования и генетических интерпретациях почвенного профиля. Исходя из проведенного анализа можно теперь дать и определение почвенного профиля, под которым мы понимаем определенное сочетание генетических горизонтов в пределах почвенного тела (педона либо полипедона), специфическое для каждого типа почвообразования во всех особенностях его проявления. В некоторых случаях термин «профиль почвы» употребляется как синоним термина «почвенный индивидуум», хотя теоретически это не оправдано.
