 |
Глава 3. Расцвет представлений о физике почв в XIX - XX вв
|
|
|
|
В XIX в. почвоведение становится подлинной наукой, появляется уже ее название, сначала у немцев - Bodenkunde, а затем и в России, в современном его звучании (Крупенников И.А., 1981 г., с.121). Почвоведение начинает дифференцироваться на отрасли; резце проявляется его зависимость от успехов химии, биологии, геологии и пр.
В 1838 году в Германии было положено начало изучению физики почв. Первое описание физических свойств почв сделал Г. Шюблер. Он исследовал практически все свойства, которые изучаются и сейчас: плотность твердой фазы, плотность сложения сухой почвы, влагоёмкость, скорость испарения воды, скорость поглощения водяного пара, теплота смачивания; прочность, пластичность, вязкость почв; степень поглощения солнечной радиации, электропроводность почв, поглощение почвой кислорода. Шюблер показал, что все разнообразные физические свойства связаны между собой; однако в большинстве случаев установленные им связи были формальными. Одно из важнейших упущений Шюблера состояло в том, что он не связывал изучаемые им физические свойства почв с гранулометрическим составом и рассматривал эти свойства как характеризующие почву в целом, без какого-либо указания на роль тех или иных ее частей (Воронин А. Д, 1986 г., с.6).
В 1864 г. вышло специальное сочинение о физических свойствах почвы немецкого ученого В. Шумахера, в котором он утверждал о большем их значении для растений, чем химических свойств.
физика почва свойство почвоведение
Изучению физики почв были посвящены работы другого немецкого ученого - М. Вольни (1848 - 1901). Он основал первый специальный агрофизический журнал, выходивший ежегодно с 1878 по 1898 год. В нем публиковались статьи по физическим свойствам почвы и растений, по микрометеорологии. Журнал сыграл заметную роль в пропаганде влияния физических свойств на повышение урожая сельскохозяйственных культур. Помимо этого, Вольни произвел систематическое лабораторное изучение физических свойств составных частей почвы - перегноя, глины, песка и извести и их различных смесей.
|
|
|
Немаловажный вклад в гидрогеологию и физику почв внес Анри Дарси (1803 - 1858) как автор основного закона движения влаги в насыщенной почве. В 1833 г. муниципалитет г. Дижон обратился к нему с предложением создать проект очистки городских вод.А. Дарси проводил лабораторные фильтрационные эксперименты с различными песчано-почвенными смесями. В 1853 г. Дарси опубликовал свои научные результаты по фильтрации различных природных сред, используемых для очистки природных вод (Шеин Е.В., 2005 г., с.177).
Швед А. Аттерберг (1846 - 1916) установил для почв ряд "констант" ("границы" текучести, липкости и др.) их увлажнения, при которых выявляются физико-механические характеристики почв. Он также занимался изучением гранулометрического состава почв, и предложил деление почвы на фракции. Эти фракции составляют основу большинству современных зарубежных классификаций.
В начале XX века американский физик Бакингем развил концептуальную основу для современных исследований о физике поведения воды в ненасыщенных влагой почвах. Бакингем первым провел измерение потенциала почвенной влаги и установил зависимость потенциала от содержания воды в почве. Он первым приводит понятие "проводимости" почвы и устанавливает ее зависимость от влажности. Однако эти основополагающие идеи в то время не были приняты и получили развитие лишь через 25-30 лет в работах Ричардса, Скофильда, Чайлдса и др (Воронин А.Д., 1986 г., с.9).
В эти же годы американский исследователь Паттен закладывает теоретические основы процессов переноса тепла в почвах и теплофизических свойств почв. В 1930 г. крупный английский ученый выпускает монографию, в которой удачно обобщает все имеющиеся к этому времени теоретические подходы к описанию физических явлений и процессов в почвах. Заметный вклад в развитие физики почв внесли работы и обобщения Бэйвера.
|
|
|
В России пропагандистом физических знаний в сельском хозяйстве в начале XIX века был профессор Московского университета М.Г. Павлов. Первый том из своего курса сельского хозяйства он озаглавил "Физические основания земледелия", в котором призывал к физическому обоснованию агротехнических приёмов.
Над физическими свойствами почв трудился профессор сельского хозяйства Н.И. Железнов. В его работе "Испытание вязкости почв динамометрическим ломом" (1853) впервые был предложен прибор для определения сопротивления почв сдавливанию и расклиниванию (Воронин А.Д., 1986 г., с.6). "Лом" Железнова впоследствии был применен в работах по механике почв.
В России интерес к важнейшему разделу физики почв - почвенной гидрогеологии - был вызван засухой и жестоким голодом в 1891 году.А. А. Измаильский проводит изучение влажности почв и системы агротехнических мероприятий, позволяющих сохранять влагу для успешного выращивания сельскохозяйственных культур. Г.Н. Высоцкий изучает водный режим черноземов на одном из опытных участков, организованных В.В. Докучаевым. Полученные данные позволили ему связать водный режим почв с почвообразованием; итогом его работы явилось учение о типах водного режима почв.
Участие В.В. Докучаева и его учеников в выяснении причин засухи и разработке мероприятий по борьбе с ней определило естественно исторический подход и генетическую направленность в дальнейших исследованиях по физике почв в нашей стране (Воронин А.Д., 1986 г., с.7)
Большое влияние на развитие физики почв оказали работы П.А. Костычева в области структуры и сохранения в почве благоприятных физических свойств. Он впервые строго обосновал роль органического вещества и катиона кальция в формировании агрегатов и выделил наиболее агрономически ценной комковато-зернистую структуру.
Н.М. Сибирцевым предложена классификация почв по гранулометрическому составу, основанная на соотношении "физической" глины и "физического песка".
|
|
|
В XX веке физике почв уделялось большое внимание: В.Р. Вильямс изучал свойства фракций гранулометрических элементов, П.С. Коссович - водно-физические свойства почв, А.Ф. Лебедев - почвенную гидрологию.
После Октябрьской революции интерес к изучению физических свойств и режимов почв значительно возрос. В Тимирязевской сельскохозяйственной академии А.Г. Дояренко и его ученики проводили исследования по динамике основных физических свойств и режимов почв (водного, воздушного, теплового и др.). Для изучения этих свойств была предложена серия оригинальных приборов.
На Московской областной сельскохозяйственной опытной станции Н.А. Качинский проводит работы по изучению физических свойств почв в их естественном залегании и при различных способах обработки на строгой генетической основе. Он объединяет в единую систему ранее разрозненные методы по определению физических свойств почв. Качинский также внес огромный вклад в создание отечественной классификации почв по гранулометрическому составу и в методику гранулометрического анализа, которая остается актуальной и по сей день.
В Почвенном институте имени В.В. Докучаева был создан отдел физики и механики почв, который возглавил А.Ф. Лебедев. Его работы о формах и передвижении влаги в почве и грунтах внесли большой вклад в почвенную гидрологию. Им была выполнена большая экспериментальная работа, на основании которой предложена классификация форм воды в почве, установлены понятия о пленочной влаге и максимальной молекулярной влагоемкости почв, разработаны методы определения максимальной молекулярной влагоемкости, в том числе с помощью сверхскоростной центрифуги, развивающей 50 тыс. оборотов в минуту, и дана новая теория образования грунтовых вод, путем перегонки воды в виде пара из одних слоев земной коры в другие с последующей конденсацией и фильтрации жидкой воды (Виленский Д.Г., 1958 г., с. 194).
Работы по изучению подвижности почвенной влаги и ее доступности для растений были проведены С.И. Долговым.
|
|
|
Крупнейшие обобщения в гидрологии почв принадлежат А.А. Роде (1896 - 1979). В монографии "Основы учения о почвенной влаге" этот выдающийся исследователь предложил современную концепцию форм и категорий почвенной влаги, типов водного режима, строения гидрологического профиля разных почв, условий накопления и экономного расходования влаги в земледелии (Крупенников И.А., 1981 г., с.285).
Особенно заметный вклад советские ученые внесли в развитие физико-химических основ физики почв.К. К. Гедройц провел исследования по влиянию обменных катионов на дисперсность и структуру почв, на их основные физические свойства.
Широкую известность, теоретическую и практическую значимость получили исследования в области структуры почв А.Ф. Тюлина, С.А. Захарова, Н.И. Саввинова, П.В. Вершинина, И.Б. Ревута.
Значительны заслуги выдающегося физика почв, заведующего кафедрой физики и мелиорации почв в Московском государственном университете профессора А.Д. Воронина (1929 - 1998). Он один из первых обратил внимание на связь структуры почв и многочисленных функций, осуществляемых почвой. А.Д. Воронин впервые доказал, что почву следует рассматривать как единую систему "твердая фаза - поровый раствор - почвенный воздух", изменения во взаимоотношении и расположении частей которой приведут к изменению почвенных функций: снабжению растений водой, выделению почвенных газов, уплотняемости, липкости, пластичности почв. Этот структурно-функциональный подход, наряду с рядом практических приложений в виде "секущих" основной гидрофизической характеристики (ОГХ) по Воронину, которые ныне известны всем почвоведам-физикам, позволили говорить о физике почв, как о самостоятельной естественнонаучной дисциплине со своими методами, теориями, практическими приложениями (Шеин Е.В., 2005 г., с.85).
Заключение
Изучение физических свойств почв происходит с древнейших времен и до настоящего времени. Тесная связь физики почв с земледелием предполагает и дальнейшее освоение физических свойств почв и совершенствование методологического аппарата. Современные возможности позволяют производить определение физических свойств почв в кратчайшие сроки. Развитие компьютерных технологий помогает упростить процесс изучения свойств почв как в научных, так и в прикладных целях.
Список литературы
1. Виленский Д.Г. История почвоведения в России. - М.: 1958. - 239 с.
2. Воронин А.Д. Основы физики почв: Учеб. пособие. - М.: Изд-во Моск. ун-та 1986 - с.244, ил.
. Добровольский Г.В. Лекции по истории и методологии почвоведения: Учебник. - М.: Издательство Московского университета, 2010. - 232 с.
. Качинский Н.А. Физика почвы. Часть I. - М.: 1965. - 324 с.
. Крупеников И.А. История почвоведения. - М.: Наука, 1981. - 328 с.
. Роде А.А. Толковый словарь по почвоведению. Физика почв. - М.: Наука, 1972. - 63 с.
. Шеин Е.В. Курс физики почв.: Учебник. - М.: Изд-во МГУ, 2005. - 432 с.
|
|
|
