Значення грунтознавства для фізичної географії, екології та охорони навколишнього середовища

Один з основних висновків генетичного грунтознавства – положення про закономірний розподіл грунтів по земній поверхні у зв'язку зі змінами клімату, рельєфу, порід, рослинності, мав і має важливе значення для розвитку фізичної географії. Проблема закономірного розміщення на поверхні землі окремих тіл або показників цікавила вчених-природодослідників давно, особливо значні успіхи в її розв'язанні були досягнуті в XVIII – XIX ст. У минулому столітті вивчення взаємозв'язків складових частин природи стало головним завданням фізичної географії. Вивчення проводились і в планетарному масштабі, і в континентальному, і в ландшафтному. Ці дослідження базуються на фізико-географічному методі, який логічно витікає з генетичного вчення про грунти В.В.Докучаєва.

Грунтознавство й географія грунтів мають важливе значення в розвитку економічної географії. Економічна оцінка окремих країн, регіонів неможлива без знання грунтового покриву й рівня його родючості.

Значне досягнення сучасної географії – вчення про ландшафти, одним із джерел якого є генетичне грунтознавство. Засновник учення про ландшафти Л.С.Берг писав: "основоположником сучасної географії був великий грунтознавець Докучаєв". Важливе методологічне значення має розроблена В.В.Докучаєвим концепція грунту як дзеркала ландшафту. Вона основана на уявленні про те, що грунт є результатом розвитку материнської породи під дією комплексу визначеного сполучення факторів грунтоутворення.

У наших грунтах поєднуються реліктові та сучасні ознаки і властивості. У будь-якому з сучасних едафотопів ми легко знайдемо ознаки і властивості, успадковані як від материнських порід, так і від минулих періодів і стадій грунтоутворення. Поряд з цим, більшість з них – результат дії сучасного грунтоутворення. Грунтознавство сприяло виникненню в географії ландшафтно-геохімічного напрямку, основоположником якого був Б.Б.Полинов – учень Докучаєва, який писав: "Грунт – не тільки один із компонентів ландшафту, але і його показник: грунт – дзеркало ландшафту ".

Чому ж грунт вважають серцевиною та пам'яттю ландшафту? Це пов'язано з тим, що будь-яка біокосна система (а грунт – не виняток) в результаті свого функціонування формує чотири типи продуктів. Це біомаса, гази, розчини і твердофазні сполуки.

У всіх біокосних системах гази і розчини порівняно швидко виводяться назовні за рахунок активного обміну з величезними резервуарами атмосфери та гідросфери. Жива речовина системи постійно відмирає та відроджується у різношвидкісних циклах діяльності. Тобто, перші три типи функціонування біокосних систем оновлюється постійно або періодично з досить високою інтенсивністю. І тільки тверді продукти функціонування (ТПФ) здатні до тривалої акумуляції.

У грунті в якості ТПФ виступають органічні, мінеральні та органо-мінеральні сполуки. В атмосферних біокосних системах (екосистемах атмосфери) газовокомпонентарна фаза не здатна протягом тривалого часу утримувати і накопичувати ТПФ усередині системи. Ці продукти, утворюючись у процесі функціонування, виводяться з системи вниз або вбік. Водні біокосні екосистеми не здатні довго утримувати всередині ТПФ, які теж, рухаючись у вертикальному та боковому напрямках, врешті-решт осідають на дні водойм.

Отже, повітряні і водні екосистеми досить швидко оновлюють усі свої елементи і не здатні тривало накопичувати в собі жоден з продуктів функціонування. Якщо розглядати накопичення ТПФ у системі як її здатність "запам'ятовувати та записувати" в своєму складі і структурі інформацію про зовнішнє середовище свого формування й історію її функціонування, то варто визнати, що у повітряних і водних систем така "пам'ять" короткочасна або взагалі відсутня. Внаслідок високої лабільності та циркуляційного характеру переносу й атмосфера, і гідросфера мають "газову і рідку" пам'ять про історію свого формування в розсіяному по всій оболонці вигляді (газовий склад атмосфери, сольовий склад океану). "Твердофазна пам'ять" цих оболонок "зберігається" в осадовій оболонці літосфери. А це вже інша сфера.

Принципово інакше складається доля ТПФ у наземних біокосних системах, де підземний або біолітосферний ярус функціонує та розвивається у відносно малорухомій слабкооновлюваній товщі грунтотворної породи – літоматриці підземного ярусу системи. Така літоматриця являє собою субстрат, один із взаємодіючих елементів системи і одночасно її жорсткий нерухомий каркас, що здатен утримувати в собі свої ТПФ. Саме тільки в таких біокосних системах, в яких літоматриця нерухома і неоновлювана, створюються не тільки умови для утворення ТПФ, але і для утримання, відбору, накопичення і диференціації новоутворених ТПФ на місці в товщі і просторі літоматриці.

Отже, грунтові системи – це такі відкриті екзогенні біокосні поверхнево-планетарні системи, в яких "свої" ТПФ, переважно залишаючись, концентруючись і диференціюючись у літоматриці, перетворюють її на твердофазну педоматрицю багатофазної грунтової системи. Саме така інсітна (тобто на місці) фіксація процесів та історії функціонування системи, а через них і зовнішнього середовища, в кожному грунтовому профілі, в кожній однорідній ділянці грунтового покриву і дозволяє говорити про грунт (едафотоп) як про дзеркало, чи точніше, як про пам'ять ландшафту.

Без знання грунтознавства неможливо осягнути взаємозв'язки, що встановлюються між компонентами екосистеми. Зокрема, неможливе розуміння мінерального живлення рослин як етапу формування первинної органічної речовини, що відрізнила нашу планету від усіх інших "неживих" космічних тіл.

Контрольні питання

1. Визначте поняття "грунт ", охарактеризуйте етапи його становлення.

2. Визначте місце грунту в наземних екосистемах.

3. Охарактеризуйте грунтознавство як науку, його основні положення.

4. Обгрунтуйте зв'язок грунтознавства з іншими науками і назвіть основні розділи грунтознавства.

5. Дайте коротку характеристику основних етапів розвитку грунтознавства.

6. Дайте порівняльну характеристику основних методів вивчення грунту.

7. Назвіть головні методологічні принципи генетичного грунтознавства.

8. Назвіть основні методи досліджень, які використовуються в грунтознавчій науці.

9. Визначте місце та роль грунту в природі та діяльності людини. Яке значення має грунтознавство для біології, сільського господарства та фізичної й економічної географії?

10. Обгрунтуйте поняття "грунт – дзеркало ландшафту".

11. Чому грунт є основним засобом виробництва у сільському господарстві?

МОРФОЛОГІЯ ГРУНТУ

Фазовий склад грунту

Як ми вже зазначали, грунт – багатофазне полідисперсне природне тіло. Але що ж таке фаза? Дисперсна природа грунтів зумовлює наявність між "каркасними" частинками пустот або пор, що заповненні водою чи повітрям, чи одночасно тим і іншим. У грунтознавстві ці компоненти прийнято називати фазами.

Система, що складається з однієї речовини, може бути одночасно і фазою, якщо її фізичні властивості повсюди будуть однорідними (водне тіло, що повністю замерзло). Така система – гомогенна (однорідна). Але система, що складається з однієї хімічної речовини, може бути і гетерогенною (неоднорідною), якщо її фізичні властивості в різних частинах будуть різними (суміш води та льоду: хімічно – однорідна, але фізично – гетерогенна). Однофазною може бути і система, що складається з декількох речовин (розчини солей у воді: фізично – гомогенна, але хімічно – неоднорідна). Тому можна стверджувати, що грунтова вода з розчиненими у ній речовинами є рідкою фазою. Грунтове повітря буде називатись газовою фазою. Тверді частинки об'єднуються за своїми подібними властивостями щодо густини та твердості у тверду фазу.

 

Тверда фаза грунту – це його основа (матриця), яка формується в процесі грунтоутворення з материнської гірської породи, у значній мірі зберігає її склад та властивості. Це полідисперсна й полі-компонентна система, що утворює твердий каркас грунту. Вона складається з первинних і вторинних мінералів, органічних залишків, частково розкладених і перетворених у гумус. Показниками, які характеризують тверду фазу, а як наслідок, і грунт, є гранулометричний (механічний), хімічний і мінералогічний склад, складення, структура й пористість.

 

Рідка фаза грунту (грунтовий розчин) – це вода в грунті з розчиненими мінеральними й органічними сполуками. Це динамічна фаза, яка має дуже важливе значення для грунтоутворення. Під її впливом відбуваються майже всі елементарні грунтові процеси. Г.М.Висоцький назвав грунтовий розчин "кров'ю землі". Вона заповнює весь поровий простір. Уміст і властивості грунтового розчину залежать від водно-фізичних властивостей грунту та його стану в даний момент згідно з умовами грунтового та атмосферного зволоження при даній погоді. Рідка фаза є основним фактором диференціації грунтового профілю, оскільки саме з вертикальними та горизонтальними водними потоками відбувається пересування по грунтовій товщі продуктів локального педогенезу (у вигляді суспензій та істинних чи колоїдних розчинів).

 

Газова фаза грунту – це грунтове повітря, яке заповнює вільні від води пори. У зв'язку з біологічними процесами склад грунтового повітря відрізняється від атмосферного. Рідка й газова фази грунту є антагоністами, тому перебувають у динамічній рівновазі. Чим вологіший грунт, тим він менш аерований, і навпаки.

 

Жива фаза грунту – це сукупність організмів, які населяють грунт і беруть безпосередню участь у грунтоутворенні. До складу грунтової біоти входять бактерії, актиноміцети, гриби, водорості, тварини геобіонти (найпростіші, комахи, черви та інші представники фауни, що постійно живуть у грунті), а також кореневі системи живих рослин. Проте об'єднання всіх цих організмів у "живу" фазу умовне, оскільки всі ці організми теж складаються з твердої, рідкої та газової фази.

 

Завдяки тісному взаємозв'язку між фазами грунт функціонує як єдина система. Співвідношення між об'ємами та масами твердої, рідкої та газоподібної фаз визначає умови прояву грунтової родючості, залежить від грунтових і кліматичних умов, а також від характеру рослинного покриву. Досить впливовий і антропогенний фактор. Ідеальні екологічні умови створюються, коли об'єм твердої фази грунту складає 50%, а рідкої й газової – по 25% відповідно.

Морфологічна будова грунту

Грунт являє собою ієрархічно побудовану природну систему, яка складається з морфологічних елементів різного рівня. Це природні тіла всередині грунту, які мають чіткі або дифузні границі, а також свої специфічні форму та властивості.

Морфологічними елементами грунту є генетичні горизонти, структурні агрегати, новоутворення, включення і пори. Різняться вони між собою за формою і зовнішніми властивостями – морфологічними ознаками. Як ми здатні відрізняти своїх друзів з натовпу за певними морфологічними ознаками, так і грунти різняться між собою за зовнішнім виглядом, що дає унікальну можливість діагностувати напрямок грунтоутворення на рівні типу чи підтипу та класифікувати грунти без проведення лабораторних досліджень.

Морфологічними ознаками грунтів є форма елементів, характер їх меж, забарвлення, гранулометричний склад, взаємне розташування й співвідношення в просторі твердих часток і зв'язаних із ними пор, характер поверхні, щільність, твердість, деякі фізичні властивості (липкість, пластичність) тощо. Головною рисою, що їх об'єднує, є легкість у візуальному визначенні.

Розділ грунтознавства, який вивчає морфологічні ознаки грунту, називається морфологією грунтів. Морфологія грунтів – це сконцентроване відображення генезису, історії розвитку грунту. Оскільки грунт постійно знаходиться в процесі розвитку, в ньому постійно проходять зміни, в тому числі й у морфологічних ознаках. Зауважимо, що морфологічні ознаки консервативні і повільно змінюються в часі.

 

Морфологічна організація грунту як природного тіла складається з п'яти рівнів.

І рівень – грунтовий профіль, тобто вертикальна послідовність горизонтів.

II рівень – грунтові горизонти – шари, на які диференціюється вихідна материнська гірська порода (грунтоутворююча порода) у процесі педогенезу.

Грунтовий горизонт також не є однорідним. Він складається з морфологічних елементів III рівня – морфонів. Це внутрішньогоризонтні морфологічні елементи, відокремлені тріщинами або натічними потоками верхнього матеріалу, який складається зі структурних відокремлень. Крім того, у ролі морфонів виступають включення й новоутворення. Однорідний грунтовий горизонт може являти собою єдиний морфон, який не поділяється на структурні відокремлення. Наприклад, суцільний глейовий горизонт (G1) не поділяється на морфони, оскільки він виступає фактично одним морфоном. Отже, виділення морфонів у межах генетичного горизонту можливе не в усіх грунтах і не в усіх горизонтах.

На IV рівні морфологічної організації виділяються грунтові агрегати (педи, структурні відокремлення), на які грунт розпадається в межах генетичних горизонтів або їх морфонів. Грунтові агрегати можуть бути різних порядків (наприклад, брили, які складаються з крупних призм, що поділяються на горіхуваті відокремлення), проте всі вони складають один морфологічний рівень.

Будова педів теж дуже складна. Вони сформовані з мікроагре-гатів (мінеральних, органічних та органо-мінеральних), первинних "механічних елементів", включаючи мінеральні зерна, мікроконкреції, та з інших мікроскопічних новоутворень.

V рівень морфологічної організації грунтів – їх мікробудова, яку можна виявити та дослідити лише за допомогою мікроскопа на надтонких зрізах, шліфах. Його вивченням займається мікроморфологія грунтів. Основна особливість мікроморфології в тому, що дослідник у роботі завжди має справу з грунтом у непорушеному стані, тобто едафотоп розглядається як єдине ціле, в якому в деталях проглядаються всі складові в їх характерних формах і взаємному розташуванні. У мікроморфологічній будові немає нічого випадкового, тому мікроморфолог має змогу діагностувати початкові стадії будь-яких процесів, прояв яких на макроморфологічному рівні ще не спостерігається. За мікроморфологією майбутнє у питаннях діагностики Грунтоутворення.

 

Розглядаючи грунт як природне тіло, необхідно розмежовувати такі поняття:

Будова грунту – специфічне для кожного грунтового типу сполучення генетичних горизонтів, яке складає грунтовий профіль.

Складення грунту – фізичний стан грунтового матеріалу, який обумовлює взаємне розміщення та співвідношення в просторі твердих частинок.

Структурність грунту – здатність його розпадатись в природному стані при механічній дії на агрегати визначеного розміру й форми.

Структура грунту – взаємне розміщення в грунтовому тілі структурних відокремлень (агрегатів) визначеної форми та розмірів.

Склад грунту – співвідношення (масове або об'ємне) компонентів грунтового матеріалу, яке виражається у відсотках від його загальної маси чи об'єму. Розрізняють фазовий, агрегатний, мікроагрегатний, гранулометричний, мінералогічний та хімічний склад грунту.