Лекція №1. Класифікація, номенклатура та діагностика грунтів

Класифікації розроблялися П.С.Коссовичем, К.Д.Глінкою, К.К.Гейдройцем. Вони основані на врахуванні морфологічних ознак, властивостей генетичних особливостей ґрунтів залежно від впливу факторів ґрунтоутворення, ґрунтових режимів і процесів. У морфолого-генетичних класифікаційних системах є багато спільних рис із попередніми класифікаціями ґрунтів.

Морфолого-генетична концепція класифікації й  особливо в викладі П.С.Коссовича є першою спробою поділу ґрунтів на групи за ознаками розвитку ґрунтоутворювальних процесів. Учений розумів ґрунт як результат сукупного розвитку процесів ґрунтоутворення. Дослідник і свою наукову працю назвав “Почвообразовательные процессы как основа генетической классификации почв”[  ].

У класифікації П.С.Коссовича, на відміну від інших класифікаційних схем, виділяються генетично самостійні та генетично підпорядковані класи ґрунтів (мал..35). такий поділ ґрунтів на групи (класи), вважав П.С.Коссович [  ], оснований на тому, що в процесах ґрунтоутворення відбуваються явища вимивання мінеральних і частково органічних речовин. Це й підкреслено в класифікації на основі виділення в ній генетично самостійного класу ґрунтів. У випадку генетично підпорядкованих ґрунтів, за П.С.Коссовичем, при ґрунтоутворенні відбувається принесення різних речовин у ґрунтову товщу з інших генетичних типів.

У класифікації П.С.Коссовича виділені групи ґрунтів лужного та кислотного ґрунтоутворення з подальшим їх поділом на дрібніші таксономічні одиниці. Проте, в класифікації вченого є багато спірних і необґрунтованих положень. Свої ідеї П.С.Коссович, на жаль, не зміг довести до кінця. Класифікаційні положення його зовнішньо мало чим відрізняються від класифікації К.Д.Глінки. Класифікація П.С.Коссовича піддавалась критичним зауваженням з боку К.Д.Глінки й інших вчених.

Дещо по іншому внутрішні особливості ґрунтів відбито в класифікації С.С.Неуструєва[  ] Ним ґрунти було поділено на автоморфні та гігроморфні. До автоморфних ґрунтів віднесено ті, процес розвитку яких проходить лише при зволоженні атмосферними водами. До другої групи відносять ґрунти,  що розвиваються в умовах підгрунтового зволоження.

В класифікації С.С.Неуструєва виділяються ще три групи ґрунтів за характером перетворення мінеральних речовин. Розрізняються ґрунти, в товщі яких відбувається інтенсивне руйнування мінеральної частини. До таких ґрунтів віднесені підзоли, солонці та латерити. Друга та третя група ґрунтів характеризується тим, що в них проходять процеси відповідно помірного і слабкого розпадання мінералів. Представниками цих груп ґрунтів є відповідно деякі підзолисті та степові генетичні типи.

В класифікаційних положеннях К.Д.Глінки, класифікація якого відзначається як еколого-генетична й одночасно морфолого-генетична, також містяться елементи, що характеризують морфологію та властивості ґрунтового вкриття. Ці елементи включають петрографічні ознаки та властивості ґрунтоутворювальних субстратів. Відзначається також гранулометричний склад материнських порід і ґрунтів, їх глибина й ін. Вченим виділені ґрунти, що розвиваються і формуються при п’яти процесах ґрунтоутворення: підзолистому, степовому, солонцевому, болотному та латеритному.

Класифікація К.К.Гедройця основана на фізико-хімічних явищах. Ці явища залежать від увібраних ґрунтовим вбирним комплексом катіонів. Ученим виділено чотири процеси ґрунтоутворення: чорноземний, солонцевий, підзолистий, латеритний.

При чорноземоутворенні, як зазначав К.К.Гедройц [ ], відбувається насичення ґрунтового вбирного комплексу катіонами кальцію та магнію. В процесі солонцеутворення у вбирний комплекс ґрунтів, окрім кальцію і магнію, поступає й катіон натрію. Підзолисті та латеритні ґрунти відзначаються тим, що в ГВК міститься не лише кальцій і магній, а  й  водень.

Латеритний (фералітний) процес характеризується принесенням у товщу ґрунту з бічним внутрішньогрунтовим стоком катіонів заліза. При ґрунтоутворенні формуються залізо-кварцеві конкреції. Ці хімічні новоутворення нагромаджуються в корах звітрювання й у ґрунтах.

Нові порції заліза, що поступають у ґрунтову товщу з бічними течіями води при транзитному переміщенні речовин, утворюють шари-панцирі. Ці шари поступово перетворюються в затверділу гірську породу – к а н к а р.

Для розвитку ґрунтоутворення необхідне атмосферне зволоження та чергування сухих і вологих періодів. Один метр кори звітрювання за даними Н.Ленефа й Г.Обера (N.Leneuf, G.Aubert) [  ], утворюються за 20-77 тисяч літ.

Із погляду на використання в класифікаційних системах особливості процесів ґрунтоутворення слід відзначити позицію В.Р.Вільямса. Він вважав, що в основу класифікації ґрунтів повинен бути покладений єдиний ґрунтоутворювальний процес. В ньому кожний конкретний ґрунт постає повною стадією цього єдиного процесу ґрунтоутворення. Ґрунти на певних стадіях єдиного ґрунтоутворювального процесу відрізняються за відносним і абсолютним віками.

Еволюційно-генетичні класифікації ґрунтів.

У розробленні класифікацій цього напрямку брали участь П.С.Коссович (1903, 1906), Б.Б.Полинов (1933), В.А.Ковда (1933). Класифікації основані на концепціях розвитку ґрунтоутворення в часі. При цьому вважається, що процес ґрунтоутворення відбувається впродовж тривалого часу.

Ґрунти проходять різні стадії розвитку від первинного ґрунтоутворення при лужній реакції середовища. В процесі ґрунтоутворення при такій реакції під впливом ґрунтоутворювальних факторів і ґрунтових режимів проходить поступове вилуження катіонів. Стадії ґрунтоутворення розвиваються в напрямку к и с л и х  його процесів [ , , ].

При змінюванні факторів й умов ґрунтоутворення (рельєф, гідрологічні умови, клімат й ін.) змінюються режими ґрунтів. У цьому випадку ґрунтоутворення може проходити в напрямку розвитку ґрунтів від фаз гігроморфізму й напівгідроморфізму до автоморфізму. Ці положення, закріплені в таксономічних одиницях еволюційно-генетичної класифікації, розвивали Б.Б.Полинов [  ] і В.А.Ковда [  ].

Історико-генетичні класифікації ґрунтів.

Побудова цих класифікацій основана на положеннях В.Р.Вільямса про єдиний ґрунтоутворювальний процес. Учений вважав, що типи ґрунтів зв’язані в одну безперервну ланку розвитку. Ґрунти проходять різні стадії єдиного історичного процесу дії біологічних чинників ґрунтоутворення на поверхневі мінеральні шари суходолу. Так, наприклад, болотний процес,  за теорією В.Р.Вільямса [  ], є стадією розвитку дернового (акумулятивного) періоду ґрунтоутворення.

В ранніх стадіях розвитку дернового процесу, що відбувається на луках, проходить послідовна зміна трав’яних угрупувань – розлого кущових, щільно кущових та ін. Трав’яні злакові рослини при змінюванні біологічного кругообігу речовин й умов живлення в товщі ґрунтів поступово витісняються зі складу біоценозів. Змінюються й гідрологічні умови, що призводить до поселення на ґрунтах лук болотних рослинних угрупувань. У результаті змін гідрологічних умов, мінеральної й органічної частин ґрунтів перетворення й переміщення речовин під покриттям змінених біоценозів лучна стадія дернового ґрунтоутворення поступово переходить в болотну.

Погляди В.Р.Вільямса поєднуються з положеннями вчення В.І.Вернадського [  ] про біогеохімічні перетворення речовин у поверхневих шарах земної  кори. На основі наукових  концепцій В.Р.Вільямса та В.І.Вернадського І.П.Герасимовим [  ] була зроблена спроба прослідкувати еволюцію зонального ґрунтоутворення в певні геологічні періоди від моменту виникнення життя.

Західно-європейські класифікації ґрунтів. Найраніше класифікації ґрунтів у Західній Європі пов’язані з агрогеологічними й агрокультурхімічними концепціями про грунт. Серед цих класифікацій виділялися г е о л о г о – п е т р о г р а ф і ч н і  (Ф.А.Фаллу, 1857; Г.Ф.Меєр, 1857), х і м і ч н і (В.Кнор, 1873), ф і з и ч н і (А.Теєр, 1876) та інші.

Англійські вчені В.Фолькінгем (W. Fokkingham) і Дж.Евелін (J.Evelyn) у 1610 та 1676 роках відповідно описали ґрунти як напластування земної кори й виділили в них пухкі землисті горизонти [  ]. В 1673 році Мартіном Лістером (M.Lister) [  ] запропонована класифікація ґрунтів Англії за гранулометричним складом.

У класифікації М.Лістера перелічувалися піщані ґрунти та відзначалося їх забарвлення. Характеризувалися дрібні, грубі, піщані, білі, сірі, червоно-бурі, сріблясті (silver like) та золотисті (gold silver) ґрунти. Вченим подавалися й географічні характеристики ґрунтів.

Типового петрографічного характеру є класифікація ґрунтів у викладі Фр.Альб.Фаллу (1862). В цій класифікації Ф.А.Фаллу (F.A.Fallou) [  ] виділяє за походженням два класи грунтів: первинні (корінні) та наносні. В межах класів за мінералогічними і хімічними складами гірських порід розрізняється відповідно шість і чотири  р о д и. Останні поділяються на дрібніші таксономічні одиниці (табл. 3.2.).

В класифікації ґрунтів Ф.А.Фаллу виділено ще й окремий в і д д і л. Пухкі та розсипчасті вулканічні шлакові піски, валуни й їх скупчення, льодовикові наноси, річкові валунні включення, органічні рештки – торф (Schllerde), верес й ін.

Безперечно, класифікація Ф.А.Фаллу мала важливе значення для характеристики морфологічних ознак, фізичних, фізико-хімічних властивостей, теплових, водних й інших особливостей ґрунтів. Ця класифікація могла вказувати напрямки аналітичних досліджень у польових і лабораторних умовах. Однак, інформації про фактори та причини ґрунтоутворення, розвиток ґрунтоутворювальних процесів і закономірності розміщення ґрунтів у просторі класифікація не давала.

Табл.3.2. Петрографічні та мінералогічні особливості класифікації ґрунтів (за Ф.А.Фаллу )

Геогнозія в Європі в ХVII-ХІХ століттях була досить популярною. Агрогеологи провели в цей час багато польових і лабораторних досліджень. Учені агрогеологічного напрямку проклали першу стежку в учення про грунт. Значення ж досліджень на світогляд ґрунтознавців й аграріїв було надзвичайно великим. Тому не випадково, що й у вченого ґрунтознавця агрономічного напрямку П.А.Костичева (1845-1895) знаходило сліди впливу агрогеологічної науки. Цим ученим у своїй класифікації поруч із чорноземами та болотними ґрунтами виділені ще й такі ґрунтові відміни як кварцові, доломітові [  ].

Прикладом хімічного напрямку в класифікаційній проблемі є класифікація ґрунтів В.Кнопа (1871-1872). Ґрунти, за В.Кнопом (W.Knop) [  ], поділялися за хімічним складом на три групи: силікатні, карбонатні та сульфатні.

В групі силікатних грунтів виділяються глинисто-силікатні, залізисто-силікатні, піщані чи кременисті. В другій групі серед карбонатних грунтів розрізняються вапняні та доломітові відміни. Група сульфатних грунтів включає гіпсові й ангідритові різновидності.

Класифікація В.Кнопа не дуже відрізняється від попередньої. Для неї справедливі ті ж критичні зауваження, що й до петрографічної класифікаційної системи Ф.А.Фаллоу.

Інший німецький вчений А.Теєр (1852) розробив фізичну класифікацію грунтів. Окрім того, цим ученим дане н а у к о в е  в и з н а ч е н н я  п о н я т т я  г р у н т у (Erd Boden). За А.Теєром (A.Thaer) [  ], г р у н т  є  пухкою, розкришеною матерією поверхні землі. Матерія складається з різних речовин: кремнезему, глинозему,  вапна, заліза, перегною. Він із подачі А.Теєра називається в ґрунтознавчій літературі латинським словом humus.

У фізичній класифікації А.Теєра формулювання поняття грунту, якого можна розглядати як г е о л о г о - б і о л о г і ч н е, віділено роди та класи. В цих таксономічних одиницях відзначені піщані суглинкові, глинисті, мергелясті, вапнянисті та перегнійні – болотні грунти. В класифікації введені й д і а г н о с т и ч н і  к р и т е р і ї  г р у н т і в  за відсотковою кількістю глини, піску, вапна та перегною. Подається й глибина та показники відносної продуктивності грунтів. Із нинішнього погляду така оцінка родючості грунтів виглядає як найпростіше, елементарне їх бонітування.

Важливим для становлення ґрунтознавчої науки був вклад в неї Ф.П.Ріхтгофена (1882). Цей учений не тільки розробив класифікацію грунтів, але й з е м н и х  п р о с т о р і в (областей ґрунтоутворення). Основа класифікації грунтів у Ф.П.Ріхтгофена була також, як і  в Ф.А.Фаллу. Проте, крім петрографічних показників, у класифікації інколи фігурують й елементи, близькі до поняття “тип” грунтів – латерит, чорнозем, ретур. Загалом можна вважати, що в класифікації Ф.П.Ріхтгофена подається характеристика гірських і материнських порід (суглинки схилів, хрящ пустель, піски, леси й ін.).

Щодо областей ґрунтоутворення, то великих Ф.П.Ріхтгофен (F.P. Richthofen) [  ]виділяє п’ять. Ці області об’єднують менші ареали ґрунтоутворення (мал. 3.6.).

Перші класифікації грунтів, як видно, розроблені здебільшого на агрогеологічній основі, були недосконалими. В період розвитку агрогеологічного вивчення грунтів ґрунтознавство ще не визначилося як самостійна природнича наука, тому й вимагати від дослідників у цей час великих досягнень у вивченні грунтів було б передчасно.

Нестача дослідницького матеріалу не давала можливості чітко сформулювати поняття грунту. Відсутня була й теоретична основа про чинники ґрунтоутворення, походження та закономірності розміщення грунтів у просторі. Не вивчені були грунтові режими та процеси, що впливають на зародження, розвиток формування й еволюцію грунтів, їх ознаки, властивості й родючість. Отже, класифікаційні спроби вчених на світанку ґрунтознавчої науки були ще невдалими.

Мал. 3.6. Схема просторових ареалів ґрунтоутворення (За Ф.П.Ріхтгофеном)

Необхідно відзначити класифікацію А.Зігмонда (А.Sigmond, 1933) [ ], що як і класифікаційна система К.К.Гедройця, є чисто хімічною. В цій класифікації грунти поділяються спочатку за загальними хімічними особливостями. Для цього використовуються показники молекулярних відношень оксидів (SiO₂ : R₂O₃), що переважають у колоїдах більшості грунтів. Потім грунти класифікуються залежно від переважання в ґрунтових вбирних комплексах увібраних іонів. За насиченням вбирного комплексу  певними катіонами грунти в класифікації А.Зігмонда розміщувалися в такому порядку (мал. 3.7.).

Мал. 3.7. Поділ грунтів залежно від насичення іонами за А.Зігмондом

 Заслуговує уваги класифікація грунтів Г. Пальмана (H.Pallman). Ця класифікація основана на особливостях переміщення мінеральних, органічних й органомінеральних розчинів у товщі грунтів залежно від їх типів водного режиму (непромивного, промивного, випітного). За цими особливостями в класифікації виділяються класи грунтів.

Подальший поділ грунтів у класифікації проводиться на порядки, альянси, типи, серії, підтипи. Порядки грунтів виділяються за загальним хімізмом мінеральних, органічних й органо-мінеральних сполук.

А л ь я н с и розрізняються за хімічним складом мінеральної частини грунтів. За хімізмом мінеральної частини виділяються алітні, ферсиалітні, сиалітні та лужноземельні. Ці грунти характеризуються наявністю в мінеральній частині відповідно вільного Al₂O₃, Fe₂O₃, сиалітно-лужноземних глин* і лужноземних карбонатів.

Т и п и  грунтів виявляються за хімізмом вилужених хімічних сполук. Залежно від цього грунтові розчини можуть містити SiO₂ – R₂O₃; кислий перегній і з R₂O₃; CaO, MgO; содовий перегній; лужні солі.

С е р і ї  входять до складу типів грунтів. У них за ступенем розвитку грунтів розрізняються п і д т и п и. За розвитком грунтив класифікації Г.Пальмана [ ] поділяються на грубі, молоді, зрілі та деградовані.

Загалом необхідно відзначити, що в західно-європейських країнах широкого поширення набули мішані (синтезовані) класифікації грунтів. Синтез попередніх класифікаційних досягнень учених у поєднанні з генетичними підходами знайшов своє відображення в праціях Ф.Зенфта (F.Senft), А.Зігмонда (A.Sigmond), Е.Раманна (E.Ramann), Г.Обера (G.Aubert), Г.Штремме (G.Stremme), Ф.Дюшофура (Ph.Duchaufour), В.Л.Кубієни (W.L.Kubiena).

Сучасні західно-європейські класифікації опираються на генезу грунтів. Крім того, ці класифікації відбивають внутрішні властивості грунтів. Прицьому в міру можливості виключаються екологічні умови (клімат, материнські породи й ін.), що беруть участь в еволюції грунтового вкриття.

Класифікації при поділі грунтів на групи не використовують одні лише ознаки (морфологію, хімічні й біологічні особливості). Вони намагаються врахувати всі властивості в тій мірі, в якій вони взаємопов’язані та гармонічно поєднуються.

Прикладом таких класифікацій є системи В.Л.Кубієни (W.L.Kubiena), Е.Мюккенгаузена (E.Muckenhausen), Б.В.Увері (B.W.Ayery). В цих класифікаційних системах в основу покладені властивості грунтів, що відбивають еволюційний процес більше, ніж умови грунтоутворення, тобто, зовнішні причини еволюції. Еволюція в класифікаціях виражається на рівні п і д к л а с і в.

Основними критеріями в західноевропейських класифікаціях є розвиток профілю грунтів у зв’язку зі ступенем еволюції, типу кліматичного звітрювання й органічної речовини та гідроморфізм. Серед цих критеріїв тип органічної речовини вважається головним у більшості західно-європейських класифікацій грунтів.