Под структурным уровнем организации того или иного объекта понимается такая группа материальных объектов определенной формы, строения и состава, все индивидуальные представители которой характеризуются принципиально однотипным характером превращений вещества и энергии и однотипными как по направлению, так и по интенсивности взаимодействиями. Каждый структурный уровень характеризуется своим особым комплексом природных законов поведения и взаимодействия (внутри себя и с окружающей средой) составляющих его объектов и явлений. Чтобы проиллюстрировать это положение, возьмем, например, такие пары объектов разных структурных уровней, как атом — молекула, белковая молекула — клетка, орган — организм, минерал — порода. Каждый из перечисленных попарно объектов принципиально отличается один от другого, составляя различные тела, существование которых в природе определяется различным комплексом фундаментальных и частных законов. В частности, законы жизни клетки и законы существования белковой молекулы совершенно различны. Клетка не существует без белка, но комплекс белковых молекул клетки вместе с остальными ее ингредиентами настолько существенно отличается от белкового молекулярного однородного комплекса, что мы совершенно неизбежно вынуждены их признать принципиально различными природными образованиями, кратко охарактеризовав это различие тем, что клетка живет, а белок существует (белковый комплекс внеклеточного вируса неоднородный). Каждый последующий более высокий уровень структуры данного природного объекта или явления включает в себя в качестве структурных единиц объекты или явления более низкого уровня, сгруппированные таким образом, что в своей совокупности они дают принципиально новое природное тело или явление. Семья складывается из личностей, но это совершенно различные социально-экономические категории. Организм состоит из органов, а последние из клеток, но все это принципиально различные природные тела. Точно так же и почвенный профиль состоит из горизонтов, горизонты из структурных агрегатов, последние из первичных элементов. Таким образом, каждый последующий более высокий структурный уровень организации того или иного материального объекта характеризуется тем, что он, с одной стороны, включает в себя все объекты, явления и взаимодействия (законы поведения, существования) более низких уровней, а с другой — имеет дополнительно некоторые иные явления и взаимодействия, что и делает его принципиально иным природным образованием. Совокупное взаимодействие объектов данного структурного уровня с окружающей материей принципиально отлично от индивидуальных взаимодействий каждого из них, взятого изолированно. Переход от одного структурного уровня к последующему прежде всего определяется изменением характера строения и взаимодействий. Критерием выделения различных структурных уровней того или иного природного объекта должно служить, таким образом, изменение структуры и характера (направления и интенсивности) взаимодействий субстанционио-сходных образований, например: березовый лист — березовое дерево — березовый лес. Философски вопрос о взаимоотношении структурных уровней организации как о соотношении целого и его частей решен материалистической диалектикой в теории несводимости высших форм движения материн к сумме низших форм движения. Эта теория, в частности, иллюстрируется положением, что «форма движения в органическом теле отличается от механической, физической, химической, содержа их в себе в снятом виде». На важность для почвоведения методологических принципов и методическое значение концепции иерархии уровней структурной организации почвы обратил внимание. Важно иметь в виду, что не всякая часть целого представляет собой новый структурный уровень организации данного объекта, что следует из определения структурного уровня. С точки зрения терминологии важно условиться о понятиях высокого (высшего, более сложного) и низкого (низшего, более простого) структурных уровней, которыми широко, но не всегда однозначно пользуются в научной литературе. Под объектом более низкого уровня мы будем понимать только то, что он является составной частью какого-то другого объекта, составляющего по отношению к нему более высокий структурный уровень, не внося в это определение никаких представлений о степени сложности строения объектов или взаимодействий. Такое ограничение понятий на данном уровне развития науки необходимо, чтобы избежать ошибочных суждений в тех областях, где наука еще не может дать достаточно надежных заключений. Действительно, сейчас невозможно сказать, где взаимодействие сложнее, внутри атомного ядра или между атомами в молекуле или кристалле, внутри организма или внутри экосистемы, тем более что сам характер взаимодействий на каждом из уровней будет резко различным. Методологически важным представляется также и положение о взаимодействии разных структурных уровней. Поскольку данный природный объект существует в материальном мире как единое целое, то независимо от числа и характера уровней его структурной организации имеет место непрерывное взаимодействие всех его составных частей, находящихся на разных структурных уровнях. Именно этими взаимодействиями между разными уровнями и обусловлено единство природного объекта как целого. Исходя из изложенных теоретических позиций и помня, что критерием выделения структурного уровня служит изменение характера структуры и взаимодействий, попробуем представить себе структурную организацию почвы как природного тела во всей ее полноте. Говоря о почве, важно подчеркнуть, как справедливо отметил А. Л. Воронин, что при рассмотрении уровнен структурной организации почвы как природного тела необходимо рассматривать не любые взаимодействия разных уровней, а специфические для данного тела, т. е. обусловленные специфическим почвообразовательным процессом и функциями самой почвы. Только такие специфические для почвы взаимодействия, процессы, функции служат критерием выделения различных уровней ее организации. При этом необходимо учитывать, конечно, и тот факт, что некоторые взаимодействия и структуры, являющиеся характерными для почвенного тела и составляющие ее определенный структурный уровень, могут присутствовать и в других природных телах в тех же самых либо иных формах, но в иных материальных проявлениях и соотношениях. При таком подходе отмеченные А. Д. Ворониным противоречия теории структурных уровней организации почвы будут лишь кажущимися. Важно также принять и положение о рассмотрении каждого структурного уровня в связи с составляющими его элементами, что позволит дать более четкое морфологическое подразделение. В этой связи представляется неправильным исключение из рассмотрения атомарного уровня структурной организации почвы как природного тела, который, хотя и не является специфическим только для почвы, тем не менее присутствует в ней и обусловливает некоторые специфические почвенные процессы и взаимодействия, в частности, разрушение ряда первичных минералов. Описание структурной иерархии организации почвы представляется возможным начать с наиболее низкого из известных нам и имеющего значение для почвы как целого уровня — атомарного. С этим уровнем мы имеем дело при изучении естественной и искусственной радиоактивности почв. Исследование этого явления в почвах начато сравнительно недавно, н оно мало изучено, но неверно было бы и недооценивать радиоактивность и изотопный состав почв. Элементом этого уровня служат радиоактивные изотопы некоторых химических элементов, присутствующие в почве или внесенные в нее со стороны. Описываемое явление состоит в том, что в почвах изотопы ряда химических элементов самопроизвольно превращаются в изотопы других элементов с испусканием элементарных частиц или ядер. Эти превращения сопровождаются: а) выделением энергии, уносимой выбрасываемыми а- и р-частицами и у-квангами; б) коренным изменением заряда ядра, приводящим к возникновению новых элементов с другими химическими свойствами по сравнению с исходными . Понятно, что процессы, связанные с превращением вещества и энергии в почвенной толще, играют существенную роль в почвообразовании и должны быть детально исследованы соответствующими методами. Весьма важно, что процесс распада и превращения радиоактивных элементов — сложнейший внутренний процесс, не зависящий от внешних условий и воздействий, — вероятно, развивается во всех почвах в одном направлении независимо от условий почвообразования. Будучи помноженным на время, он должен играть, с одной стороны, существенную роль в энергетическом балансе почв, а с другой — может оказывать определенное воздействие на биологические процессы и выветривание минералов в почвах. В почвах содержатся все известные в настоящее время природные радиоактивные элементы, и не учитывать это обстоятельство было бы неверно. В качестве следующего структурного уровня почвенной организации может быть назван кристалло-молекулярный характер основных взаимодействий, который качественно отличается от предыдущего. Почвоведением за всю историю науки очень много сделано для познання почв на этом уровне. Это царство основных превращений вещества в почве, царство химических реакций. Молекулярные и кристалло-молекулярные взаимодействия органических и минеральных компонентов почвы, характерные для этого уровня, являются предметом исследования специальной отрасли почвоведения — химии и минералогии почв. Можно согласиться с предложением А. Д. Воронина назвать этот структурный уровень молекулярно-ионным, в качестве элементов которого выступают молекулы и ионы в почвенном растворе и воздухе, а также на поверхности почвенных частиц. Именно на этом уровне протекают главные процессы преобразования почвенной массы, разрушение и новообразование минеральной части, преобразование и синтез органических веществ и т. д.
Третий уровень структурной организации почвы — уровень элементарно почвенных частиц, изучению которых много внимания уделил Н. А. Качинскнй и позднее А. Д. Воронин. Элементом этого уровня являются «элементарные почвенные частицы», выделяемые в почве механическим анализом в виде разных фракций. Группа этих частиц весьма неоднородна и включает в себя как чистые мономинеральные зерна, так и полиминеральные образования, органо-минеральные комплексы, органические глобулы разного состава н происхождения. Неоднородны они и по размеру — от камней и гравия до коллоидных частиц. Они имеют кристаллическое либо аморфное строение; многие частицы имеют слоистое строение, при котором зерна кварца, например, окутаны пленкой аморфных полуторных окислов. В тропических почвах характерны «псевдоэлементарные» частицы, которые не поддаются разрушению обычными приемами подготовки к механическому анализу, поскольку отдельные зерна минералов очень прочно склеены в микроагрегаты полутораокисным цементом. Вообще говоря, элементарная почвенная частица в живой почве — это всегда не то, что выделено при анализе. Лишь в настоящих рыхлых песках частицы могут существовать изолированно, обычно же они образуют более или менее прочно связанные комплексы друг с другом, причем цементом в таких комплексах могут быть органические или минеральные коллоиды (гумус, полуторные окислы, кремнезем, карбонат кальция). В живой почве мы всегда имеем дело с агрегатами частиц, а не с изолированными частицами самими по себе. Именно агрегаты частиц определяют все важнейшие свойства почвы как природного тела. И тут мы переходим к следующему структурному уровню — агрегатному. Агрегатное состояние почв, почвенные агрегаты — четвертый структурный уровень организации почвы, включающий микро- и макроагрегаты или собственно структуру почвы, ее структурные отдельности (педы). Даже в полостью распыленной почве имеет место агрегированность частичек. Почвенные агрегаты — это клетки почвы, объединяющиеся в горизонты — ткани. В понятие почвенных агрегатов, во всяком случае для исследования структурных уровней организации почвы, целесообразно включить и специфические почвенные новообразования: конкреции, стяжения, пленки, ортштейны, желваки, жеоды, новообразования солей, гипса, извести, не образующие сплошных горизонтов, плит, панцирей, а встречающиеся изолированно в пределах почвенных горизонтов. При таком подходе необходимо проявлять известную осторожность, памятуя о том, что пленка на поверхности агрегата является составной частью этого агрегата, как и по преимуществу железистое стяжение внутри агрегата. Так что в данном случае речь идет о межагрегатных образованиях. В изучении агрегатного состояния почв достигнут значительный прогресс благодаря особому вниманию, уделявшемуся в недавнем прошлом почвенной структуре. Много в разработке учения о почвенной структуре сделали С. А. Захаров, Н. А. Качинский, И. Н. Антипов-Каратаев, А. Ф. Тюлин. В. Р. Вильяме, Р. Брюэр. Особенно быстро исследование почвенных агрегатов стало развиваться в последнее время в связи с внедрением микроморфологического метода исследования почв. Известно, что внутренняя часть почвенных агрегатов резко отличается по составу от их поверхности, покрытой часто особыми пленками. В то же время вследствие того, что почвенным агрегатам не придавалось самостоятельного значения как определенному уровню структурной организации почвы, мы практически не располагаем сейчас данными о процессах, протекающих внутри почвенного агрегата, на его поверхности и между агрегатами. Несомненно, что подавляющее большинство тонких биохимических и химических процессов превращения вещества, составляющих существенную часть почвообразования, имеют внутри-агрегатный характер, на что особое внимание обращал В. Р. Вильяме, но почвоведы в своей исследовательской деятельности иногда упускают это из внимания и в процессе подготовки почвы к анализу (сплошное измельчение и просеивание образца) теряют значительную часть информации за счет колоссального усреднения. В этой связи надо напомнить, что основная масса мельчайших корешков и корневых волосков растений сосредоточена на поверхности почвенных агрегатов и в межагрегатных полостях, что имеет весьма важное значение в процессах питания растений. Следующий, пятый структурный уровень в почве мы встречаем, переходя от почвенного агрегата к горизонту, имея в виду при этом, что почвенный горизонт — это определенный пласт, имеющий три измерения в пространстве. Почвенные горизонты можно было бы аналогизировать для наглядности с тканями организма, хотя подобная аналогия и не является достаточно строгой. Благодаря трудам В. В. Докучаева, его учеников и последователей понятие о почвенном горизонте прочно вошло в науку и является фундаментальным в современном почвоведении. Процесс образования почвенных горизонтов, дифференциации исходной материнской породы на генетически разнокачественные слои составляет предмет исследования, строго говоря, уже на следующем уровне почвенной организации- На данном же уровне важно исследовать каждый горизонт самостоятельно в пределах его толщи. В этом отношении в почвоведении накоплен довольно солидный описательный материал, особенно по морфологии н составу различных горизонтов, но весьма недостаточны данные по «физиологии» отдельных горизонтов. Мы употребили термин «физиология» не случайно, а опять-таки исходя из аналогии с изучением биологических систем, где исследуется физиология отдельных тканей и органов. Представляется законной и необходимой постановка исследований по «физиологии» и педохимни элювиального горизонта, глеевого горизонта, иллювиального и т. п., которые могут быть встречены в различных почвенных образованиях в разных комбинациях. При этом важно учитывать то обстоятельство, что в пределах почвенных горизонтов протекают не только вертикальные, но и латеральные (боковые) процессы перемещения вещества н энергии, приводящие к формированию тех или иных особенностей горизонтов. С рассматриваемой точки зрения каждый почвенный горизонт на определенном этапе может быть самостоятельно исследован с точки зрения морфологии, состава, генезиса, безотносительно к какому-либо определенному почвенному профилю. С этих позиций такое абстрагирование вполне оправдано, так как всякий структурный уровень организации материального объекта может и должен быть исследован самостоятельно и своим комплексом методов как один из этапов исследования объектов в целом. Закономерные сочетания отдельных почвенных горизонтов дают нам почвенный профиль, или собственно почву, как особое природное тело. Но поскольку это именно сочетание, живое и неразрывное, только в таком сочетании и проявляющее свою специфику как единого целого, а не просто арифметическая сумма горизонтов, то в результате мы имеем следующий структурный уровень почвенной организации. Почвенный профиль в понимании его как материального тела в трех измерениях составляет ту основную единицу, которая служит главным объектом исследования почвенной науки в целом, то единое целое, которое мы называем почвой. В данном случае понятие «почвенный профиль» используется в качестве синонима термина «почвенный индивидуум» как элементарная почвенная единица. Введенный В. В. Докучаевым профильный метод изучения почв явился настолько прогрессивным и плодотворным, что до настоящего времени лежит в основе всех почвенных исследований и навсегда сохранит свое значение. Итак, почвенный профиль, или почвенный индивидуум, почва как единое природное целое — это шестой структурный уровень почвенной организации, требующий своего особого подхода к его исследованию Дальнейший анализ показывает, что разные почвы в природе взаимодействуют между собой посредством определенных агентов, давая различные сочетания и комплексы, набор которых составляет следующий, седьмой структурный уровень организации, который мы определяем как почвенный покров территории. Строение почвенного покрова суши земного шара, как мы его сейчас представляем, весьма сложное и многоступенчатое. Этот структурный уровень организации почвы составляет предмет географии почв и не рассматривается в данной статье. Итак, мы рассмотрели семь последовательных уровней структурной организации почвенных образований: атомарный, молекулярно-нонный, уровень элементарных почвенных частиц, агрегатный, горизонтный, профильный и уровень почвенного покрова. Такое рассмотрение имеет прежде всего методологическое значение с точки зрения подходов к изучению того или иного объекта. Каждый из структурных уровней требует специфических подходов и методов исследования. Изложенная концепция структурных уровней организации почвы как природного тела имеет весьмаважные в методологическом отношении следствия. Первым следствием служит вывод, что самое доскональное познание почвы на каком-либо одном уровне ее структурной организации не может дать достаточно полной информации о почве в целом, ибо при этом остаются непознанными все взаимодействия других уровней, более высоких или более низких. Только сочетание исследования почвы в целом с исследованиями на каждом из структурных уровней ее организации может дать достаточно полное представление о и ей. Мало будет известно о почве, если сказать, что профиль ее состоит из таких-то горизонтов, структурных агрегатов, определенных химических веществ и т. д., чтобы исследование о ней было полным, надо изучить еще ее отношение ко всем факторам почвообразования, ее положение и роль в природной экосистеме, ее генетические связи с почвообразующей породой, ее тепловой и водный режимы, ее отношение к той или иной системе земледелия. Каждый структурный уровень организации почвы характеризует ее лишь в каком-то одном аспекте, что недостаточно для ее полного познания. Вторым важным следствием теории структурных уровней организации почвы служит положение о том, что исследование почвы как природного тела требует на каждом структурном уровне своего методического подхода и специфических методов исследования. Электронный микроскоп и рентгеновский аппарат необходимы для исследования почвы на кристалломолекулярном уровне, масс-спектрограф и счетчики нужны для исследований атомных явлений, поляризационный микроскоп и лупа хороши для изучения на агрегатном уровне, а на уровне почвенного профиля необходим целый комплекс особых методов и подходов, требующих от исследователя подчас большой изобретательности. Важно иметь в виду, что специфика подхода к исследованию того или иного уровня всегда начинается непосредственно в полевых условиях, когда почвовед видит перед собой почву как единое целое, а не в лаборатории. От описанной концепции структурных уровней организации почвы как тела природы необходимо отличать разрабатываемые в последние годы Э. А. Корнблюмом и его последователями положения об «уровнях морфологической организации почвенной массы». Если в первом случае используется генетический подход на основе общих концепций естествознания, то во втором — чисто методический инструмент морфологического исследования, хотя и полезный, но все же более ограниченный. Как это часто бывает в науке, вероятно, что сочетание обоих подходов будет наиболее правильным при понимании значения каждого из них. Согласно Э. А. Коряблюму, с точки зрения морфологии почва — это многоуровневая иерархическая система, состоящая из морфологических элементов разного уровня. Под морфологическим элементом при этом понимается любое естественное внутрипочвенное тело, отличаемое от соседних с помощью невооруженного глаза и других органов чувств, или связная (единая, цельная) часть почвенного тела (пространства), ограниченная резкостной, дизъюнктивной, условной или комбинаторной внутрипочвенной границей. Морфологические элементы могут быть простыми или сложными (составными). Морфемы — простые морфологические элементы, «внутри которых нельзя провести никаких границ согласно заданной совокупности свойств, доступных изучению с помощью невооруженного глаза и других органов чувств». Примерами морфем служат наименьшие различимые структурные отдельности, отдельные кристаллы или друзы кристаллов солей и льда, стяжения сплошного чистого льда, мономинеральные механические элементы и минеральные индивиды внутри обломков плотных пород, однослойные пленки, недифференцированные стяжения, в том числе конкреции, простые поры, отдельные корни. Полиморфемы — составные морфологические элементы, состоящие из морфем одного типа, разделенных резкостными, дизъюнктивными или комбинаторными границами. Гетероморфемы — гетероморфные составные морфологические элементы, представляющие собой устойчивые комбинации морфем и полиморфем разных типов и, как и слагающие их морфемы, являющиеся элементами повторяемости внутри более крупного морфологического элемента — морфона. Морфоны — сложные или составные морфологические элементы, образованные повторяющимися в их пределах разнотипными морфемами и дающие области пересечения и совмещения ареалов морфем Двух и более типов. Каждый морфон отличается от соседних морфемами по меньшей мере одного типа. Примерами морфонов могут быть: объединения однотипных первичных структурных отдельностей, нв имеющих пленок; скопления однотипных минеральных зерен или обломков плотных пород, не обнаруживающих внутренней дифференциации; солевые корки, не содержащие иных морфем кроме однотипных кристаллов солей, их друз и разделяющих их пор. Более сложными морфонами, согласно Э. А. Корнблюму, являются: иллювиальные горизонты сухо-степных солонцов, морфемы которых представлены призматическими структурными отдельностями, натечными глинистыми пленками, трубчатыми порами и щелевидными порами — промежутками. К морфонам относятся также железистые, гипсовые и карбонатные конкреции, если они состоят не только из соответствующих морфем, но имеют еще и поры или зерна кварца. Морфон может быть анклавным (если одна морфема полностью окружает какую-то другую) или конклавным (разные морфемы соприкасаются внутри морфона). Полиморфоны — повторение однотипных морфо-нов в пределах одного горизонта. Могут быть и иные объединения морфонов внутри горизонтов, например гетероморфоны и гетерополиморфоны, по аналогии с соответствующими объединениями морфем. Наконец, главным морфологическим элементом почвы признается генетический горизонт, состоящий из отдельных морфонов, которые в свою очередь состоят из морфем. К этому следует еще добавить широкое употребление терминов пед — структурная отдельность и кутана — пленка, взятых из зарубежной терминологии и широко используемых в микроморфологии почв. В принципе описанная система «уровней морфологической организации почвенной массы» не вызывает возражений н может быть использована в морфологическом анализе почв, имея в виду, что речь здесь идет главным образом об анализе морфологического строения генетического горизонта почв, т. е. анализе строения почвы в его пределах. В то же время перечисленные выше примеры морфонов (иногда это отдельная конкреция, а иногда и целый горизонт) и морфем показывают, что необходимы дальнейшие исследования для уточнения н большей конкретизации введенных понятий. Важно также установить правильное соотношение между морфоном, с одной стороны, н главным составным элементом генетического горизонта — структурной отдельностью, с другой. Остается еще много неясностей; может быть, можно говорить о мор-фонах разного порядка, как мы сейчас говорим, о структурных отдельностях, агрегатах, педах разного порядка. Вероятно, важное значение при этом будет иметь и сама техника морфологического анализа генетического горизонта почвы: исследование его на зачищенной сглаженной стенке разреза, изучение естественной препарированной поверхности, исследование вынутого большого образца почвенной массы. Во всяком случае, использовать эти еще недостаточно проработанные новые концепции нужно осторожно и в точном соответствии с первоначально данной терминологией и определениями автора. В противном случае неизбежна путаница терминов и понятий, примером могут служить появившиеся в последнее время методические публикации, авторы которых то «в траншее выделяют все морфологически выраженные участки (объемы) почвы (морфоны, по Корнблюму)», то «выделив горизонты, в них определяют морфоны (по цвету, составу, сложению и содержанию определенных Новообразований)». Здесь все не так: во-первых, по Корнблюму, морфоны — это не все морфологически выраженные участки почвы, а лишь вполне определенные морфологические элементы в пределах генетических горизонтов; во-вторых, критерии выделения морфонов у Э. А. Корнблю-ма совсем иные, и едва ли возможно выделение морфонов, например, по содержанию определенных новообразований, поскольку последние сами являются морфонами. Иногда при этом подходе допускают и методическую ошибку, противопоставляя «обычное описание разреза» его «организационному анализу». Со времен В. В. Докучаева такое противопоставление для почвоведов не существует. Профильный метод исследования почв, в основе которого лежит морфологическое выделение генетических горизонтов и их последовательное детальное исследование (с выделением в горизонтах морфонов, морфем и т. п. или без оного), есть и надолго сохранит свое значение как главный прием полевых почвенных исследований и генетического анализа почвы в целом. Нет ясности также в использовании некоторыми почвоведами терминов «организационный анализ почвенного разреза» и «организационный анализ почвенной массы». Введение этих терминов едва ли полезно, несмотря на их «красивость». Есть вполне определенное понятие почвенного профиля, под которым понимается либо проекция почвенного тела на вертикальную плоскость разреза, либо само почвенное тело, состоящее из вертикально сменяющих друг друга горизонтов. Так что анализировать можно либо тело почвы, либо ее профиль. Важно подчеркнуть, что новые концепции Э. А. Корнблюма не изменяют сложившиеся на протяжении всей истории развития почвоведения представления о морфологическом строении почвы и уровнях ее структурной организации, а лишь помогают более детальному и рациональному морфологическому анализу, правда, при условии, что за морфемами не теряется представление о почве в целом и составляющих ее генетических горизонтах.