Между почвенными клетками существует обмен веществом и энергией, что приводит к созданию единых геосистем, а в дальнейшем — к их эволюции. Однако если в одной из клеток по какой-либо причине (в частности, хозяйственной деятельности человека) нарушится функционирование, то это отразится на состоянии всей почвенной системы. Поэтому клеточная структура почвенного покрова должна учитываться при составлении мелиоративных проектов.
Рис. 30. Детальные карты территории совхоза в Белоруссии
а — топографическая карта, б — составленная по топокарте почвенная карта, в — составленная по топокарте карта пластики рельефа. Черные точки — места расположения почвенных ям. Проведение дренажной сети, г — без учета карты пластики рельефа, д — то же, но с учетом пластики рельефа
Проследим, как карта пластики помогает решать некоторые практические почвенно-мелиоративные задачи. На топографической карте (рис. 30, а) изображен рельеф одного из хозяйств Белоруссии. С учетом его форм разными организациями составлены две почвенные карты: традиционная, статическая (рис. 30, 6) и пластики, динамическая (рис. 30, в). Шурфы, как видно на карте (рис. 30, в), попали большей частью в понижения, тогда как повышения не были замечены специалистами. У них создалось обманчивое представление о территории как о переувлажненной за счет доминирования мокрых (глеевых) почв понижений.
Такая точка зрения зафиксирована па почвенной карте и подтверждена химическими анализами. Поэтому проектировщики рекомендовали для осушения почв этой территории дренаж (рис. 30, а). Строительство горизонтального дренажа без учета рельефа привело к тому, что в понижениях рельефа опустились грунтовые воды и часть почв действительно улучшила свои качества. Зато сухие почвы повышений, которые раньше отличались высоким плодородием (их было более 50 %), ухудшили свойства вследствие пере-осушки и стали давать низкие урожаи; местами они превратились в бесплодные песчаные массивы. Таким образом, неточное картографирование форм почвенных ареалов привело к убыткам.
На карте (рис. 30, б) связь почв с рельефом не выявлена. Труд геодезиста, составившего для изыскателя такую дорогостоящую детальную карту, оказался напрасным: возможности карты полностью не использованы, тогда как на рис. 30, в учтен каждый элемент рельефа. Это позволило создать динамическую картину, в которой тесно увязаны свойства почв и рельефа: на повышениях развиты дерново-подзолистые почвы (Пд), а по понижениям — дерново-подзолистые глеевые (Пдг).
На карте (рис. 30, в) просматриваются места возникновения, транзита и аккумуляции водного и солевого стока, что наполняет ее геохимическим содержанием и придает прогностическую ценность. По такой карте можно предсказать пути миграции химических веществ и решать задачи по регулированию стока. Так, дренаж следовало бы строить способом, показанным на рис. 30,д. Этот дренаж «работал» бы там, где ему положено — только по сильно увлажненным понижениям. Дренаж, показанный на рис. 30, г, работает плохо, он осушает территории, которые не следует осушать, и переувлажняет участки, которые не требуют переувлажнения.
Роль форм почвенного покрова в земледельческой практике особенно четко была понята Н. М. Сибирцевым (1953): «Лик Земли, поскольку он отображается в изменениях почвенного чехла, имеет… свои постоянные правильные черты, свою гармонию и свою симметрию… симметрия и повторяемость многих естественных условий земледелия… как будто хочет побудить далеких людей к сближению на поприще совместного разумного устройства своего хозяйства и быта».
ФОРМЫ В ГЕОМОРФОЛОГИИ
Свойства горных пород определяют конфигурацию рельефа, что облегчает труд геолога, так как по форме земной поверхности он может судить о литологическом составе толщ. В 1802 г. в одном из первых сочинений по геоморфологии «Опыт физиогномии Земли, или Искусство заключать по поверхности Земли о ее внутреннем строении» К. Ф. Струве признал наличие соответствия между формами рельефа и составом слоев земной коры. Древние рудокопы по едва заметным признакам в рельефе обнаруживали залежи тех или иных полезных ископаемых: каждому месторождению соответствовала своя форма дневной поверхности. До сих пор остается загадочной связь форм рельефа с рудопроявлением.
В. И. Вернадский писал: «Я хочу узнать те причины, которые заставляют ее (природу. — И. С.) являться в тех правильных, математических гармоничных формах, в каких мы всюду видим и чувствуем ее… Все явления в природе, по-видимому, зависят от внутреннего строения вещества, от формы, а на это до сих пор почти не обращали внимания» (Страницы автобиографии…, 1981, с. 58). Причины связи форм с геологическим и почвенным содержанием рассмотрены в работах И. П. Герасимова, Ю. А. Мещерякова (1967), А. А. Асеева (1962), В. В. Добровольского (1976), Г. В. Добровольского, И. С. Урусевской (1984), О. В. Макеева (1974).
В последние годы геоморфологи конструируют различные формы рельефа. Их цель — выделить единичные морфологические ячеи, а затем, комбинируя их, создать абстрактный образ земной коры. Земную кору, от которой мысленно отняты все ее свойства, кроме пространственных, можно называть геометрическим телом. Это тело обладает свойством симметрии и состоит из точек, линий и плоскостей. Последовательно отделяя от реального почвенно-геологического тела сначала плоскость, потом линию и в конечном счете точку, мы соответственно лишаем его сначала толщины (высоты), затем толщины и ширины и, наконец, всех измерений.
Математики, работающие в области наук о Земле, представляют форму рельефа и почвенного покрова в виде точки, что упрощает моделирование, но слишком удаляет уровни абстракции от реальности. Это не устраивает проектировщиков. Однако, как показал опыт, формы рельефа и почвенного покрова можно изображать не только точкой, но также и линией, плоскостью и их совокупностями. Тогда геометрические и математические образы земной поверхности будут максимально приближены к объективной реальности.
Первые работы по моделированию рельефа (Шафрановский, Плотников, 1975; Флоренсов, 1978; Ермолаев, 1975; Симметрия в природе, 1965) свидетельствуют о том, что земную поверхность можно представить правильными геометрическими фигурами. К рельефу можно отнести и слова М. В. Ломоносова: «Все, что находится в природе, математически точно и определенно». Установление точности и определенности для форм земной поверхности приблизит геоморфологию к запросам практики. Геоморфология очень нуждается в изучении «чистых» форм земной поверхности.
Географы стремятся показать на картах устойчивые инвариантные свойства природных объектов (Гла-зовская, 1964; Гвоздецкий, 1979; Михайлов, 1971), а также их симметрию (Боков, 1977; Корытный, 1984). Для этой цели К. Н. Дьяконов (1975) использует понятие об элементарной геосистемной единице — территориальном носителе информации (по К. В. Зворыкину), например речном бассейне. Последний привлекает внимание многих как наиболее простая модель с однонаправленным потоком вещества и энергии (В. С. Преображенский, В. Б. Сочава, А. Ю. Ретеюм, А. А. Крауклис, Ф. Н. Мильков).
Речные бассейны являются результатом тектонических движений (Геренчук, 1960), однако в структурном отношении они подчинены более фундаментальным природным единицам — блокам земной коры. Видимо, существует тесное взаимодействие между бассейнами рек (элементами) и тектоническими плитами (системами). Установление иерархии этих тел имеет важное значение для практики, особенно для геологических прогнозов (см.: Рельеф Земли и математика, 1967).