Значение экспедиций Докучаева трудно переоценить — в ходе этих работ создавалась новая методика изучения почв, устанавливались их типы, был дан мощный импульс развитию почвоведения, возникла знаменитая докучаевская школа.
Однако значение экспедиций Докучаева не ограничилось их ролью в развитии почвоведения. Впервые в мире были выполнены комплексные естественно-исторические исследования территории, в которых помимо почвоведов участвовали геологи, ботаники, климатологи, агрономы и другие специалисты. Их работа не только координировалась между собой, она была связана единой целью, проводилась по общему плану.
Итак, мы подошли к замечательному итогу короткой, но яркой жизни Докучаева — созданию школы ученых, среди которых много имен, прославивших русскую и позднее советскую науку. Достаточно назвать основателя геохимии В. И. Вернадского (1863—1945), почвоведов Н. М. Сибирцева (1860—1900), К. Д. Глинку (1867—1927), Н. А. Димо (1873—1959), Г. Н. Высоцкого (1865—1940), географов и ботаников А. Н. Краснова (1862—1914) и Г. И. Танфильева (1857—1928), петрографа Ф. Ю. Левинсона-Лессинга (1861—1939), минералога П. А. Земятченского (1856—1942).
Следует особо отметить, что представители докучаевской школы работали не только в области почвоведения, но и достигли выдающихся результатов во многих других отраслях естествознания, формально, а часто и по существу далеких от почвоведения (минералогия, петрография и т. д.). Однако в дальнейшем эти ученые нередко снова возвращались к идеям своего учителя. Так произошло, например, с В. И. Вернадским, который первые десятилетия своей жизни в науке посвятил проблемам минералогии, кристаллографии и геохимии, а последние 28 лет — изучению самой крупной биокосной системы Земли — биосферы.
Академик Ф. Ю. Левинсон-Лессинг начинал как почвовед, но, увлекшись проблемами петрографии, стал признанным основоположником химической петрографии. Однако когда в Академии наук в 1925 г. был создан Почвенный институт им. Докучаева, Левинсон-Лессинг первые два года был его директором.
И далеко не случайно ученик Докучаева, впоследствии видный гидрогеолог, П. В. Отоцкий разработал учение о зональности грунтовых вод, а другой его ученик, минералог П. А. Земятченский, посвятил свою деятельность изучению глин, т. е. объектов, близких к почвам.
Таким образом, в творчестве учеников Докучаева, как работавших в почвоведении, так и отошедших от него, видно влияние докучаевской мысли, его прогрессивной, глубоко диалектической методологии, учившей устанавливать связи между явлениями, познавать объекты природы как целое, т. е. применять системный подход. Именно в этом — в глубине идей ученого, их огромном научном потенциале, мощи методологии — главная причина почти беспримерной широты докучаевской научной школы.
Почвоведение в XX в.
В XX в. развитие почвоведения протекало под флагом докучаевских идей. Знаменательным стало внедрение нового учения в западноевропейскую и американскую науку. Коллективная работа почвоведов всех стран позволила в последние годы сделать фундаментальные обобщения как в области общей теории почвообразования, так и в систематике почв нашей планеты, приступить к составлению почвенной карты мира.
Не будет преувеличением сказать, что почвоведение стало одной из фундаментальных естественно-исторических наук о Земле. «Именно здесь, в почвах, сосредоточена геологическая работа живого вещества; именно в почвах готовится тот материал континентальных и морских отложений, из которых в дальнейшем образуются новые породы. Но в то же время в почвах в наибольшей степени сосредоточены и те процессы, совокупность которых обусловливает эволюцию органического мира. Здесь разыгрываются многообразные формы борьбы за существование и приспособления организмов к изменяющимся условиям их жизни, создаются многообразные сообщества (биоценозы) и формируются новые виды многочисленных низших и высших растений. Этим определяется значение в естествознании и новой области явлений — почвенной пленки и новой, посвященной ей, науки — почвоведения», — писал Б. Б. Полынов в 1947 г.[4]
Глубокие исследования сущности почвообразовательного процесса позволили использовать почвоведение для решения самых различных практических вопросов в сельском хозяйстве (агрономическое почвоведение), лесоводстве (лесное почвоведение), мелиорации (мелиоративное почвоведение), дорожном строительстве (дорожное почвоведение и грунтоведение), медицине (санитарное почвоведение), при поисках полезных ископаемых и т. д.
Геохимические идеи в почвоведении. С начала XX в. развиваются исследования почв, по своей методологии близкие к зарождавшейся в то время геохимии. Крупным представителем этого направления стал последователь Докучаева профессор Петербургского лесного института П. С. Коссович (1862—1915). Его работа о круговороте серы и хлора на земном шаре и по названию и по существу была чисто геохимической. Пересчет химических анализов «по Коссовичу» позволял оценивать интенсивность миграции химических элементов в почве.
Константин Каэтанович ГЕДРОЙЦ (1872—1932)
Учеником и сотрудником Коссовича был один из наиболее ярких представителей докучаевского почвоведения — К. К. Гедройц. Его труды оказали огромное влияние на современников. В 20—30-е годы почвоведение в Советском Союзе, а частично и в других странах, переживало, как сказал Б. Б. Полынов, «гедройцевскую эпоху». Однако начало деятельности К. К. Гедройца было более чем скромным. Многие годы (1908—1921) его труды не привлекали большого внимания русских почвоведов, увлеченных главным направлением тогдашней науки — изучением почв огромных просторов России. Такие работы имели явную практическую направленность; на них выделялись немалые средства, и, что также имело немаловажное значение, во главе почвенно-географических работ стоял непосредственный ученик В. В. Докучаева, крупный ученый и хороший организатор К. Д. Глинка. Он объединил под своим руководством большой коллектив почвоведов-географов, из которых позднее вышли многие известные ученые. (В советское время К. Д. Глинка стал первым почвоведом — действительным членом Академии наук, в 1927 г. был назначен директором Почвенного института им. Докучаева).
Константин Дмитриевич ГЛИНКА (1807—1027)
На фоне почвенно-географических работ, поражавших воображение своим размахом, привлекавших ученых полной неисследованностью таких районов, как амурская тайга, Забайкалье, горы Алтая и Тянь-Шаня, скромные лабораторные опыты, проводимые Гедройцем почти в одиночку, казались узким, частным вопросом. Этому немало способствовали и личные качества Гедройца, и, вероятно, его профессия химика-почвоведа, требовавшая углубленной, сосредоточенной, спокойной, внешне однообразной работы в лаборатории. Гедройц не любил шумную аудиторию. Он предпочитал уединение, чтобы решить по существу один научный вопрос, занимавший его с 1908 по 1932 г., — о поглотительной способности почв.
Само явление поглощения было довольно обстоятельно изучено задолго до работ Гедройца. Почвоведы знали, что почва способна поглощать газы, пары и растворенные вещества, что при фильтрации растворов часть растворенных веществ поглощается почвой, а в раствор переходят некоторые вещества из твердой фазы. Таким образом, почва как бы обменивала одни элементы на другие. Было также установлено, что поглотительной способностью преимущественно обладает наиболее тонкая (высокодисперсная) фракция почвы, главным образом почвенные коллоиды с величиной частиц менее 0,25 мк (2,5·10-4 см). Изучению почвенных коллоидов и их обменной поглотительной способности и посвятил свои многолетние исследования Гедройц. Он нарисовал новую картину самого явления, объяснил его сущность и, что самое главное, показал огромную роль его в жизни почвы, а также при решении вопросов мелиорации, удобрения, обработки почв. В результате развитию почвоведения был дан мощный импульс.
Что же установил Гедройц?
Фракцию почвы, обладающую поглотительной способностью, ученый назвал почвенным поглощающим комплексом (ПК). Гедройц доказал, что комплекс содержит катионы, способные обмениваться на катионы, находящиеся в растворе, причем обменная реакция обратима, а сам обмен носит эквивалентный характер, например:
Как видим, в твердой части почвы в обменном состоянии находится двухвалентный катион (Са2+), а в растворе — хлорид одновалентного металла натрия, диссоциировавший на катион (Na+) и анион (Cl-). Катион натрия из раствора (Na+) поглощается ПК, а взамен из ПК в раствор переходит обменный катион Са2+. Вскоре между ПК и раствором наступит равновесие — в ПК и в растворе будут Са2+ и Na+. Но если процесс протекает в динамическом режиме, т. е. в почву поступают все новые и новые порции раствора (например, при засолении грунтовыми водами), то постепенно состав ПК может измениться и в нем вместо Са2+ начнет преобладать Na+ (рис. 1).
Исследования Гедройца показали, что в ПК почти всех почв входят обменные кальций и магний, в некоторых почвах содержатся также обменный натрий и водородный ион (Н+).
Позднее сам Гедройц и особенно его ученики и последователи доказали, что среди обменных катионов могут присутствовать также алюминий (Al3+), марганец (Mn2+) железо (Fe2+), аммоний (NH4+), калий (K+), микроэлементы — Ba2+, Sr2+, Cu2+, Ni2+ и т. д.
В некоторых почвах ПК содержит и обменные анионы — SO42-, Cl-, PO43- и др. Общее количество обменных катионов в почве обычно не превышает 1%, однако их роль отнюдь не пропорциональна количеству — она исключительно велика и определяет многие важнейшие характеристики почв, своеобразие отдельных типов. Различия, между черноземными, подзолистыми, солонцовыми и другими почвами Гедройц объяснял с позиций своего учения о поглощающем комплексе.