URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Таргульян В.О., Горячкин С.В. ПАМЯТЬ ПОЧВ: Почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий
Id: 55805
 
1125 руб.

ПАМЯТЬ ПОЧВ: Почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий

URSS. 2008. 692 с. Твердый переплет. ISBN 978-5-382-00704-5.

 Аннотация

В настоящем издании почва и педосфера Земли рассматривается как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий. Впервые в монографической форме излагаются теоретические основы и эмпирические разработки проблемы памяти почв как ее способности записывать в устойчивых свойствах твердой фазы факторы и процессы своего формирования. Рассматриваются память разных моделей педогенеза и педоседиментогенеза, память почвенных покровов, профилей и горизонтов, полиморфизм и изоморфизм памяти по отношению к факторам среды. Характеризуются иерархические уровни почвенной памяти и записи, минеральные и биогенные носители памяти на макро- и микроуровнях: скелетные и глинистые минералы, карбонатные и Mn-Fe-новообразования, кутаны иллювиирования, поровое пространство почв, гумус, микробиоморфы, антропогенные изменения памяти почв.

Книга адресуется широким кругам ученых: почвоведам, географам, геологам, экологам, археологам.

V.O.Targulian, S.V.Goryachkin (eds.). Soil Memory: Soil as a Memory of Biosphere-Geosphere-Anthroposphere Interaction. Moscow, 2008.

Soil and pedosphere are considered to be a memory of interactions in the biosphere-geosphere-anthroposphere. Basic concept and empiric developments of soil memory --- the ability to record factors and processes of pedogenesis in soil solid phase --- are elucidated in the scientific monograph for the first time. The memory of different models of pedogenesis and pedosedimentogenesis, the memory of soil covers, profiles and horizons, the polymorphism and isomorphism of memory in respect of environment are explicated. Hierarchical levels of soil memory are characterized, as well as mineral and biogenic memory carriers, such as sand and silt particles, clay minerals, secondary carbonates, Mn-Fe nodules, cutans, soil porosity, humus, microbiomorphs; anthropogenic soil memory is also elucidated.

The book is addressed to specialists in soil science, geography, geology, ecology and archeology.


 Оглавление

Contents
Предисловие. Изучение памяти почв и поведения почв во времени -- точка роста генетического почвоведения (В.О.Таргульян, С.В.Горячкин)
Preface. Study of Soil Memory and Soil Behavior in Time -- "Growing point" of Pedology (V.O.Targulian, S.V.Goryachkin)

1. Память почв: общие подходы к проблеме

Глава 1. Память почв: формирование, носители, пространственно-временное разнообразие (В.О.Таргульян)
 Введение
 Запись природной среды в экзогенных системах Земли
 Формирование почвенной памяти
 Носители почвенной памяти: разнообразие и иерархия
 Методы исследования носителей почвенной памяти
 Изоморфизм и полиморфизм почвенной записи
 Разнообразие почвенной памяти и записи по отношению к климату
 Заключение
 Литература
Глава 2. Информационная структура почвенного покрова: поверхности раздела и внутренняя масса (Ф.И.Козловский, С.В.Горячкин)
 Введение
 Понятия и подходы информатики
 Потенциальная информация и ее носители в ПП
 Информационная структура и емкость ПП
 Морфогенез как преобразование информационной структуры почвенного покрова
 Концепция полноты летописи в ПП
 Заключение
 Литература
Глава 3. Запись природной среды в почвах голоцена (А.Л.Александровский)
 Введение
 Методы
 Основные этапы почвообразования и изменения климата в голоцене
 Заключение
 Литература
Глава 4. Запись природной среды в гидроморфных почвах (Р.Г.Грачева)
 Органогенные горизонты гидроморфных почв
 Минеральные горизонты гидроморфных почв
 Новообразования в гидроморфных почвах
 Биоморфы в гидроморфных почвах
 Гидроморфные почвы зандровых равнин и палеоозерных котловин как источники информации о палеогидрологических режимах территории и стадиях почвообразования
 Гидроморфные почвы как память о палеоландшафте
 Литература
Глава 5. Морфолитопедогенез в аккумулятивных и трансаккумулятивных ландшафтах как особый механизм почвенно-литогенной памяти (С.А.Сычева)
 Введение
 Голоценовые циклиты -- как носители почвенной и литогенной памяти
 Специфика изучения голоценовых циклитов
 Особенности интерпретации данных радиоуглеродного датирования голоценовых циклитов
 Район исследования и основные ключевые участки
 Обсуждение результатов
 Структура многовекового ритма и климатическая характеристика стадий
 Последовательность морфолитопедогенетических процессов в многовековом ритме
 Сопоставление многовекового педолитогенного ритма со схемой периодизации голоцена Блитта--Сернандера в модификации Хотинского
 Многовековая ритмичность и эволюция почв в голоцене
 Заключение
 Литература
Глава 6. Память генетических горизонтов и почвенного профиля (И.И.Лебедева, В.Д.Тонконогов)
 Введение
 Анализ памяти горизонтов
 Соотношение памяти генетических горизонтов и почвенного профиля
 Заключение
 Литература
Глава 7. Радиоуглеродный анализ и проблемы памяти почв (О.А.Чичагова, О.С.Хохлова, Э.П.Зазовская, С.В.Горячкин)
 Введение
 Основы радиоуглеродного метода определения возраста углеродосодержащих объектов
 Проблемы определения календарного возраста по радиоуглероду
 Радиоуглеродный анализ органического вещества современных почв и проблема определения их возраста
 Радиоуглеродный возраст ОВ ископаемых почв и реликтовых гумусовых горизонтов как источник информации о времени их существования
 Радиоуглеродный возраст карбонатов и его соотношение с радиоуглеродным возрастом ОВ почв
 Радиоуглеродное датирование почв, культурных слоев и артефактов археологических памятников для реконструкции палеосреды
 Заключение
 Литература

2. Минеральные носители памяти почв

Глава 8. Морфология песчано-пылеватых фракций почв: память о литогенезе и почвообразовании (С.Н.Седов, С.А.Иноземцев, А.М.Кузнецова, С.А.Шоба)
 Введение. Общая характеристика крупных фракций почв как носителей почвенной памяти
 Морфологическая память песчано-пылеватых фракций почв: общая характеристика
 Структура морфологической памяти крупных фракций: блоки и носители информации
 Примеры анализа морфологической памяти крупных фракций
 Литература
Глава 9. Глинистые минералы почв как компонент почвенной памяти (Т.А.Соколова, Т.Я.Дронова)
 Синтез глинистых минералов
 Трансформационные изменения глинистых минералов
 Перемещение и изменение физического состояния глинистого материала
 Заключение. Итоги, ограничения и перспективы исследований памяти почв (В.О.Таргульян, С.В.Горячкин, Н.А.Караваева) Conclusion. Soil Memory Study: Outputs, Limitations and Prospects (V.O.Targulian, S.V.Goryachkin, N.A.Karavaeva)

 Предисловие

В последние годы наблюдается две противоположных тенденции в развитии генетико-географических исследований в почвоведении. С одной стороны, уменьшается число конкретных работ по генезису и географии современных дневных почв, что заметно и по публикациям в специальных журналах и по числу конференций и докладов по этой проблематике в международной сфере. Это связано, в первую очередь, с тем, что в большинстве стран мира закончены или близятся к завершению работы по почвенной съемке.

С другой стороны, в мировом почвоведении наблюдается и несомненный прогресс и движение вперед и "вглубь" в исследованиях почв современной педосферы и былых палеопедосфер. Интенсивно развиваются эволюционное почвоведение и палеопочвоведение, привлекшие повышенное внимание к проблемам времени и эволюционной истории в анализе генезиса и географии как современных, так и палеопочв. Исследования четвертичных палеопочв -- и погребенных, и экспонированных на дневной поверхности, дали возможность "прочесть" плейстоценовую и голоценовую историю многих почв и почвенных покровов внетропических областей. Отход от представлений прямого актуализма в трактовке генезиса и географии почв позволил сформулировать более адекватные представления о сложном сочетании в почвах признаков разных возрастных генераций: унаследованных от материнских пород, от разных стадий саморазвития и эволюции почв и от современных периодов жизни почв.

За последние 30 лет в мировом почвоведении складывается существенно более глубокое направление в изучении почвенного покрова Земли -- эволюционное почвоведение и, в том числе, эволюционная география почв. Частичным отражением такого развития явилось преобразование прежней комиссии генезиса, классификации и картографии почв Международного общества почвоведов в целый отдел под названием "почва во времени и пространстве" с отдельными комиссиями по морфологии, географии, генезису, классификации почв, палеопочвоведению и педометрике. Это эволюционно-географо-генетическое направление в почвоведении, которое в американской научной литературе обозначается как "pedology", является наиболее холистическим разделом нашей науки, который изучает наиболее глобальные и фундаментальные проблемы почвоведения. В рамках этого раздела в последние десятилетия фактически складывается учение о педосфере как особой земной оболочке -- биогеомембране суши, зоне наиболее активных биосферно-геосферных взаимодействий. Только в свете представлений о почве, как особом экзогенном и биосферном природном теле и системе со своими специфическими закономерностями формирования, самоорганизации (генезис) и пространственной дифференциации (география) на поверхности земной суши, -- почвоведение осознает себя как самостоятельную науку со своим особым объектом и воспринимается другими науками как фундаментальная дисциплина, необходимая для полного понимания научной картины мира.

Наряду с холистическим пониманием педосферы несомненный прогресс достигнут в детальном изучении различных элементарных почвообразовательных процессов с применением методов микро-и субмикроскопического анализа твердой фазы почв, радиоуглеродного датирования, методов препаративной химии, изотопных меток, лизиметрических методов и др. Существенно расширился перечень диагностируемых в почвах процессов почвообразования и выветривания; для многих из них определены конкретные механизмы, скорости, характерные времена, географические и экологические ареалы. Все это сформировало серьезную базу для более детального факторно-генетического понимания процессов саморазвития и эволюции почв в современных и палеообстановках. Это, тем самым, заложило серьезную теоретическую и эмпирическую основу для разработки сценариев поведения почв в будущем под влиянием различных изменений окружающей среды, то есть, существенно усилило прогностические возможности почвоведения.

Одним из таких перспективных направлений развития генетического почвоведения является разработка концепции памяти почв. Эта концепция рассматривает почвы и почвенный покров Земли, то есть всю педосферу, как особые носители и накопители информации об эволюции и взаимодействиях биосферы, геосфер и общества во времени на поверхности земной суши. Традиционно в качестве основных источников такой информации на Земле рассматривались осадочные породы, все их вещественные признаки, включая и палеонтологические, и археологические, и исторические субстанции. Осознание почвы как еще одного источника информации о таких взаимодействиях прошлого было заложено еще в работах В.В.Докучаева, который называл почву зеркалом ландшафта, функцией факторов-почвообразователей.

В 70-х годах прошлого века эти идеи В.В.Докучаева были развиты в концепцию памяти почв, основной смысл которой заключался в том, что почва не просто зеркально отражает ландшафт, а запоминает и записывает в своих устойчивых твердофазных свойствах основные черты среды своего формирования, основные процессы своего саморазвития и эволюции и их изменения во времени. Такая запись осуществляется по своим собственным закономерностям, далеко не зеркально, а скорее избирательно, и зависит от экзогенного потенциала климата и биоты, от трансформационной способности материнских пород, от длительности процессов педогенеза, и от действия различных стирающих факторов. Почвенная память и запись, в отличие от осадочной, характеризует среду и процессы формирования не для обширных территорий осадконакопления, а в каждой "точке" взаимодействия факторов-почвообразователей in situ, в каждом конкретном профиле почв, то есть является инситной памятью ландшафта с высоким пространственным разрешением. Предложенные понятия "почва-память", "почва-момент", "почвенная запись" подвергались в 70--80-е годы XX века критическому анализу и обсуждению, как среди почвоведов, так и среди географов, экологов, геологов. Постепенно понятия и подходы этой концепции входили в обиход современного и палеопочвоведения, так что на рубеже 2000 года они уже достаточно широко использовались и в России и за рубежом и стали темой нескольких специальных международных конференций и симпозиумов.

По существу концепция памяти почв является попыткой переосмысления теоретического и эмпирического багажа генетического почвоведения в свете современных общенаучных представлений: общей теории систем, синергетики и теории самоорганизации сложных систем, представлений о потоках информации в природных системах, о разных способах записи информации в природных телах и оболочках Земли (память воды, память кристаллов, память горных пород и т.д.). Эта концепция стимулирует понимание основных почвообразовательных процессов как главных механизмов записи информации о внешней среде, (факторах почвообразования) на устойчивых во времени носителях этой записи -- твердофазных веществах и структурах почвенных тел и почвенных покровов.

Понимание памяти почв как накопленных во времени результатах почвообразовательных процессов стимулирует также размышления о том, как такая накопленная память определяет текущее и может определять будущее функционирование почвенных систем, то есть будущее поведение почв во времени. Подобно тому, как мы пытаемся понять как память человека и/или общества влияет на его поведение в настоящем и будущем.

В целом, возможно, не будет преувеличением сказать, что концепция памяти почв позволяет выявить еще одну глобальную функцию почв в природе и обществе, а именно, информационную функцию почв.

В то же время, мы хорошо осознаем, что эта концепция во многом еще недоформулирована, Многие ее разделы лишь намечены, подходы к анализу и декодированию разных носителей памяти еще только разрабатываются, а такие понятия, как "информация", "память", "запись" употребляются сугубо в качественном смысле. Терминология, понятийный аппарат и многие подходы концепции памяти почв еще далеки от набора понятий и подходов, которые приняты в информатике.

Предлагаемая читателю монография представляет собой по возможности полный сегодняшний "срез" теоретического и эмпирического состояния концепции памяти почв со всеми ее "белыми пятнами", разночтениями, решенными и нерешенными проблемами. Легко увидеть, что подходы разных авторов этой книги значительно различаются как в самом понимании памяти почв и почвенной записи, так и в способах, полноте и детальности расшифровки отдельных носителей памяти -- разных свойств и признаков почвенного тела. Мы сознательно не убирали эти разночтения, не "причесывали" тексты, чтобы показать реальное состояние проблемы.

Книга состоит из четырех частей. В семи главах первой части рассматриваются некоторые фундаментальные аспекты концепции памяти почв (В.О.Таргульян) и ее приложения к почвенному покрову (Ф.И.Козловский, С.В.Горячкин), к почвам голоцена (А.Л.Александровский), к балочно-пойменным педоседиментам (С.А.Сычева), к гидроморфным почвам (Р.Г.Грачева), к целостным почвенным профилям и горизонтам (И.И.Лебедева и В.Д.Тонконогов), к проблеме радиоуглеродного датирования почв (О.А.Чичагова с соавторами).

Во второй части книги, самой большой по объему, рассматриваются конкретные минеральные носители памяти почв, на которых осуществляется запись информации о среде и процессах почвообразования и выветривания, и, по возможности, производится расшифровка этой информации: морфология и минералогия основных групп минералов в почвах, процессы выветривания и новообразования минералов, формирование порового пространства в почвах, формирование кутан иллювиирования в поровом пространстве почв (главы, написанные С.Н.Седовым с соавторами, Т.А.Соколовой и Т.Я.Дроновой, И.В.Замотаевым, Ю.Н.Водяницким, Ф.Р.Зайдельманом и А.С.Никифоровой, И.В.Ковда, О.С.Хохловой, Е.Б.Скворцовой, М.А.Бронниковой).

В третьей части анализируются биогенные носители памяти почв: микробиоморфные -- фитолиты, диатомовые, спикулы губок, пыльца, споры (А.А.Гольева), гумус и его разные формы (М.И.Дергачева), свойства собственно грибной микробиоты (О.Е.Марфенина).

В заключительной четвертой части книги рассматриваются проблемы записи антропогенных воздействий в памяти почв. Она открывается обобщающей главой об агрогенной памяти почв (Н.А.Караваева) и об особенностях записи и считывания информации в антропогенно-измененных почвах (А.А.Гольева и Э.П.Зазовская). Характиризуется запись современных антропогенных воздействий в почвах лесовосстановительных сукцессий (Л.Б.Исаченкова и М.И.Герасимова) и запись палеоантропогенных воздействий в культурных слоях археологических стоянок (С.А.Сычева с соавторами).

Проблема памяти почв, ее декодирования и использования информации для анализа текущего и будущего поведения почв во времени и пространстве является одной из основных и магистральных проблем в научной деятельности лаборатории географии и эволюции почв Института географии РАН. Поэтому вполне естественно и не удивительно, что больше половины книги (13 глав из 23) написано сотрудниками этой лаборатории. Вместе с тем, можно с удовлетворением отметить, что многие главы в книге (10 глав) написаны сотрудниками крупных научных центров по почвоведению: Почвенный институт им.В.В.Докучаева (В.Д.Тонконогов, И.И.Лебедева, Ю.Н.Водяницкий, Е.Б.Скворцова), Московский университет им.М.В.Ломоносова, Факультет почвоведения (Т.А.Соколова, Т.Я.Дронова, Ф.Р.Зайдельман, А.С.Никифорова, С.А.Шоба, С.А.Иноземцев, А.М.Кузнецова, О.Е.Марфенина), Географический факультет (М.И.Герасимова, Л.Б.Исаченкова), Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (О.С.Хохлова), Институт почвоведения и агрохимии СО РАН (М.И.Дергачева), Национальный Университет Мексики (С.А.Седов), Университет Хохенхайма в Штутгарте (К.Е.Пустовойтов).

Мы надеемся, что публикация настоящей книги подведет некоторые итоги в сравнительно новой и очень перспективной области исследований в генетическом почвоведении и, вместе с тем, откроет новые горизонты в фундаментальных исследованиях почв и педосферы как неисчерпаемых источниках информации об эволюции природной среды и общества в истории Земли, о закономерностях биосферно-геосферных взаимодействий на поверхности земной суши. Мы также надеемся, что эта книга покажет, что слухи о кризисе генетического почвоведения в России и в мире оказываются преувеличенными и что у нашей науки есть куда развиваться и что узнавать в огромном и разнообразном мире почв.

Хочется думать, что книга заинтересует не только почвоведов, но и экологов, географов, геологов, археологов, всех кого интересуют проблемы развития природных и природно-антропогенных систем во времени.

В.О.Таргульян, С.В.Горячкин

 Summary

Conclusion. Soil Memory Study: Outputs, Limitations and Prospects

V.O.Targulian, S.V.Goryachkin, N.A.Karavaeva

This book is the first attempt to analyze the main conceptual and empirical problems of soil memory, or of the informational function of soil in nature and society. At first glance, the book may seem fragmentary to an experienced reader, he would feel that until now there is no fundamental perception of the soil as of an information system with its theory based on the up-to-date mathematical background. Nevertheless, we are convinced that the conceptual approaches along with the empirical data presented in this book may serve a strong impetus for the development of such a theory. Let us try to sum up some preliminary results.

The soil memory is a unique palimpsest type of memory of biosphere-geosphere-anthroposphere interactions and processes taking place in the terrestrial environment of our planet. This type of memory is complementary to the book-like type of memory inherent to sedimentary rocks.

The soil memory is perceived:

a) the capability of the soil solids to reflect in their properties the effects of soil-forming agents and results of in-situ pedogenesis in any point on the land surface;

b) the documented information of soil-forming agents and pedogenic processes stored in the solid-phase features of a soil.

Applying this approach, it is possible to interpret the global pedogenesis not only as specific biogeochemical and transformation-migration processes but also as a particular informational process, which results in the record of main environmental and exogenic events on solid-phase ingredients of the soil system. A huge volume of intricate and multi-layered information on the current and former biosphere-geosphere interactions has been stored in both recent and buried soil bodies and soilscapes. Comprehensive information concealed in the recent soil cover is voluminous, although its large portion still remains not unraveled by pedologists. For example, the information stored in the soil cover of a catchment basin of a small stream, only several square kilometers in area, contains (according to very approximate assessment) about 1020 bites.

The information recorded in structures of a soil body and soil cover is distributed irregularly at different hierarchical levels of their arrangement (from crystals up to pedon). In terms of record volume and completeness, the information concentrated at the interfaces of the soil mass and in the interior parts of its ingredients is different. The former comprise the elementary particles and aggregates surfaces, boundaries between soil horizons in a solum, and among the soils composing the soil cover. The latter are represented by the interiors of mineral grains, soil aggregates, horizons. The memory of interfaces is a short-living one unlike that of the interior parts of the soil ingredients having rather a long-lasting memory.

As for the soil cover memory, it seems to be the richest in soils occupying the lower topographic positions. There, the palimpsest soil records are combined with the book-like evidences of sedimentary records. An intricate pedosedimentation mechanism is characteristic of the well drained soil bodies in ravines and gullies; it accumulates evidences of the combination or rhythmical alteration of pedogenesis, erosion and sedimentation processes. In hydromorphic soils, the upward-growing peat horizons efficiently preserve such important carriers of information as spores, pollen grains and plant residues being indicative of the local pedogenic environments, whose changes in time seem to be documented more reliably and in more detail than in `zonal' soils of watersheds.

The completeness of recording the environmental change that happened in the soils of the Russian Plain during the Holocene depends both on the amplitude of the climate and vegetation change and on the susceptibility of soils to change along with their ability to preserve in their profiles those features that were formed during the consecutive stages of the pedogenesis. The long-lasting, continuous stages may be identified by the thickness of genetic horizons, degree of their development, whereas the short-period stages can be only imprinted either in the individual morphons of high stability -- fissures, mottles -- or in the labile pedofeatures, for example in saline, gypsic and gley horizons. The organic horizons are carriers of short-term memory, while the memory of eluvial and middle-profile horizons (subsoils) saves the imprints of old events -- they are carriers of long-term memory.

In order to assess the rate of development and/or erasing of soil properties the information discovered in the soils should be attached to the time scale. The radiocarbon analysis is among few suitable methods. However, it became clear by now that the radiocarbon dates of an object may differ of its real (calendar) age, presenting the object either older, or younger. Fortunately, some methods enabling the researcher to introduce corrections have been elaborated. They permit to decipher more reliably the information concealed in the soil profile memory by adjusting it to the time scale.

Along with the information records on the levels of soil cover, soil profile and soil horizon, there are records on lower hierarchical levels of soil organization.

The sandy-silty ingredient of the soil solids (grains of primary silicates, quartz and accessory minerals) is the most inert, stable and slowly modified part of the soil material. As soil memory carriers, the coarse fractions preserve features related to the "pre-soil" history of the mineral substrate; in other words, they have a large volume of lithogenic memory. The mechanisms responsible for pedogenic modifications of coarse fractions are scarce, and the diversity of their products -- memory carriers is low: these are corroded surfaces of mineral grains and various types of weathering identified in the interiors of the grains. The memory of coarse mineral fractions and the related paleopedological chronicle can encompass a large time intervals, but with a low paleoenvironmental sensitivity.

The contribution of the soil clay material to soil memory is drastically different. At one hand, the clay material in soils and their parent rocks is chemically rather active and prone to chemical reactions, it may change under the effect of external agents and first of all, of climate and biota; that's why the clay material is able to memorize results of the biosphere-geosphere interaction. At the other hand, many alterations of clay material are irreversible, so that their evidences may be preserved in the soil profile for a long time (long-lasting memory), contrary to changes in other soil properties that are quickly erased by the subsequent soil evolution. The iron (hydr)oxide minerals may be regarded as an object for studying three layers of soil memory: lithogenic (rock-inherited), evolutionary (with relic elements) and current. So, magnetic susceptibility is an important characteristic of paleosols: its highest values are confined to the buried humus-accumulative horizons that were formed during the climatic optima. The predominance of the thermodynamically unstable feroxyghite in the majority of non-gleyed forest soils testifies to the recent character of iron oxidogenesis as a soil-forming process. The unstable Fe(II)-minerals are common in the gley-affected soils of the boreal.

The composition and properties of iron-manganic segregations may serve as efficient diagnostic tools for identifying the degree of soil hydromorphism, some features of soil water regime, reasons of bogging, chemical composition of ground water, fluctuations in water reserves in soils in the years differing in precipitation. A close interrelation always exists between types of pedofeatures and hydrological parameters of the enclosing soil. It has an essential significance to solve pedological problems, as well as for the agronomic, meliorative, silvicultural and other kinds of soil quality assessments. The iron-manganic concretions are reliable records of the stable water regime of soils in their solid-phase profile. Secondary carbonates refer to a small group of pedofeatures that remain rather intact and have a good memory. However, their memory is somewhat selective and cannot be always adequately interpreted. If we apply to secondary carbonates as carriers of soil memory, more detailed research on their bonds with the soil-forming agents is required. In particular, the information concerning the environments, where they were formed, may be obtained from studying their morphology at different hierarchical levels. The following properties of carbonates are important: mineralogical composition, rate of carbonates segregation, and the isotopic composition of calcite carbon. In chernozems and kastanozems of European Russia, the secondary carbonates with varying time scales of changeability -- from centuries to millennia -- may be identified.

In addition to the soil solids, the soil pore space may be referred to memory carriers. The pore space pattern contains observable information on the morphology and geometry of soil structure in its updated broad perception. That's why many modifications of the soil structure are reflected in the morphology of soil voids, although some phenomena (polymorphism, isomorphism and time-spatial changeability of pore space) hinder the deciphering of events imprinted in the soil pore space system. The size of voids determines the set of factors and processes relevant in the pore space memory. The finest pores non-accessible for living organisms and containing unavailable mobile moisture are hardly modified by pedogenesis, and may be referred to carriers of the lithogenic memory of soils. With the increasing size of pores, the spectrum of information they contain increases either, it concerns pedogenic processes, both current and inherited. The diversity of pores ensures the preservation of lithogenic and pedogenic features, both residual and recent.

The silicate illuviation coatings are the main sources of information on the processes of suspensions transfer in soil profiles. Intricate complexes of coatings testify to the eluvial-illuvial mechanisms (lessivage, partluvation), as well as to the post-illuvial ones (gleying, humus accumulation), indicating the respective climatic conditions of their formation. The layered illuviation coatings permit to reveal the time sequence of agents and mechanisms of substances migration; they may be compared to a microsedimentation book-like record inserted in the total palimpsest memory of the soil.

A special type of memory is created by the microscopic residues of living organisms less than 0.1 mm in size, known as microbiomorphs and comprising phytoliths, spores, pollen of plants, spicula of sponges, etc. The microbiomorphic memory carriers in the soil `write down' in detail the global and local features of landscapes. They are preserved for a long time in the soil; therefore, they indicate several successive stages in the landscape development and carry on this information during centuries and millennia.

A new notion is introduced in the sphere of knowledge concerning soil memory, namely, `biogenic memory of fungal communities'; they keep information on former soil-biological processes, types of phytocenoses, effects of human activities. The mycologic memory is maintained by spores that are stable in time, sometimes -- by vital fungal sclerotia, well preserved in buried soils.

The anthropogenic memory of soils is created by diverse direct and indirect human impacts which differ in trends, strength, duration, (ir)reversibility. The indirect impact on soils implemented via the change in vegetation prominently alters the soil hydrothermic regime and biological cycling, sometimes it modifies the properties of upper soil horizons (forest cuts and forest cultures, pastures, hayfields). Such impacts are identified in the reversible change of the topsoil properties. They are much more obvious in the buried soils of archaeological monuments. Among direct impacts on a soil the most diverse and extensive ones are agrogenic effects forming the agrogenic soil memory. The agrogenic processes that are recognized in soil properties may be subdivided into three groups:

(i) agrogenic sensu stricto -- created and regulated by humans;

(ii) natural-agrogenic -- genetically inherent to natural soils and humanly modified;

(iii) natural -- almost unaffected by human activities.

Agrogenic processes mainly affect the physical properties of soils: structure, density and porosity of arable and subarable horizons. The improvement of these properties requires regular field management measures to be applied as frequently as 1 to 10 years. Soil processes induced by these measures are repeated and reversible, and form a short-living soil agrogenic memory. Natural-anthropogenic processes may be arranged in several groups that differ in reversibility rate, consequently, in the resilience of memory carriers for each group of these processes. Following natural-anthropogenic processes are identified: humus-accumulation -- humus losses; transformation and decomposition of clay minerals mostly in the plow layer, under the effect of fertilizers; migration of clay and silt in suspensions from the arable horizon with a subsequent accumulation in the underlying horizon as `agricutans'; gleying implemented in the `gley profile'; segregation and dissolution of Mn-Fe concretions -- changes in the `concretionary profile' of soils.

There are also natural irreversible processes in the arable soils; however, they remain almost the same in the agricultural environment.

Drastic change in the plant cover modifies the soil hydrothermic regime, and biological cycling, it also cause pedoturbations in the topsoils. When the forest cuttings are followed by artificial afforestation, some new trends and stages in the evolution of soils in the course of forest restoration appear. Soil processes inherent to the natural sequences become accelerated in silvicultural ones, namely, humus accumulation, secondary surface gley and iron oxides segregation: they produce the corresponding features during 5--10 years. Later on, during next stages, these features are modified or erased in 10--20 years. At the stage of quasi-primary forest, manifestations of the processes implemented in the humus profile and iron behavior are partially preserved.

The anthropogenic soil memory may be presented by a very special phenomena -- the cultural layers being the remnants of ancient settlements. They are relevant of the natural and social history, of local landscapes and soils changing in time. The cultural layers serve as a convincing example of anthropogenic pedosedimentogenesis. They have a unique overlay of the elements inherent to different types of memory: sedimentary and in situ records of both natural and anthropogenic processes, indications of various effects -- enrichment by organic matter, phosphorus, nitrogen, along with the artifacts of several cultures. When the cultural layers are close to the surface, their upper parts are gradually transformed by the present-day environment, so that they acquire features of natural soils. Some properties of the cultural layers prove to be stable and are preserved for centuries.

In conclusion, it is worth to mention the inevitable, maybe even immanent limitations in the study on soil memory. As most of "the reconstructing sciences", pedology is involved in the reconstitution the former acting forces, events, and processes basing of their transitional or final products, indices in different combinations. Reconstructions of this kind are inevitably facing some difficulties: incompleteness of soil chronosequences, iso- and polymorphism of soil features in respect to the factors and processes, deletion and/or superposition of features in the course of soil development and evolution. Hence, the deciphering of the records in soils are inevitably probabilistic, and may be regarded more as working hypotheses, which are either substantiated and improved, or rejected when new facts have been obtained. This probabilistic character of genetic deciphering of the soil memory and the derived scenarios of soil systems behavior in time must be assessed in pedology, as realistically as it is done in many other natural and social sciences.

Limitations are not the only aspect in soil memory research, there are opportunities as well. In reality, the deciphering and interpretation of the soil memory, becoming more precise and sophisticated, stipulate a re-evaluation of the whole empiric world of knowledge accumulated by soil genesis studies in terms of the information-oriented approaches. This work was started long ago, it has good prospects, first of all, because of investigations performed at two different flanks of soil science. The perception of the soil cover memory permits to move from particular, or local, deciphering of records in individual soil bodies to the broad spatial investigations of the soilscape memory that is an all-inclusive carrier of information on the development and history of both recent and paleolandscapes. Such extensive investigations of soil memory are only at their beginning in soil science.

At the other flank, pedology has a zoom-like system of studies of the soil solids starting with meso- to micro- submicro- and nano-ingredients of the soil. Soil micromorphology has accumulated a huge descriptive material that is still insufficiently interpreted in terms of pedomemory information. We need to know more precisely which factors and processes are recorded in the highly diverse world of microparticles and microstructures, what are the sequence and the depth of their registration in the solum, how many layers do this records have, are they stable or easily erasable depending on the hierarchical level, to which they are confined, and what are the volumes and significance of information stored in each hierarchical level? The study of nano- particles and nano-structures in the soils may be a new challenge to reveal the unexpected imprints of biosphere-geosphere interactions and processes.

In future, when more advanced studies of soil memory concept will appear, we may expect quantitative approaches to the problem of information of soil and the whole pedosphere with the application of methodology similar to that used in informatics.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце