Формы в мире почв

Степанов Игорь Николаевич

Конечно, такое предостережение настораживает. Однако вспомним недавний спор о роли математики в биологии. Тогда некоторые видные ученые резко выступали против формализации науки, так как главным в исследовании считали опыт и думали, что такой сложный объект, как живой организм, не может быть охарактеризован математически.

В период формирования почвенной науки В. В. Докучаев писал «Современное почвоведение далеко от совершенства» (1953, т. 4). Его слова можно отнести и к нынешней стадии развития, так как не выполнен важнейший этап исследования — математизация знаний. Леонардо да Винчи в XV в. в «Книге о живописи…» (1934, с. 60) писал: «Никакое человеческое исследование не может быть названо истинной наукой,

если оно не проходит через математические доказательства… Наукой называют такое разумное рассуждение, которое ведет начало от своих первых оснований… Первым основанием науки…является точка; вторым — линия; третьим — поверхность; четвертым — тело». Представим эти основания в виде пространственных почвенных моделей: точки — нульмерной, линии — одномерной, плоскости — двумерной, объема — трехмерной.

НУЛЬМЕРНАЯ (ТОЧЕЧНАЯ) МОДЕЛЬ

Нульмерное представление господствовало до работ Докучаева и Сибирцева. Сведения о ценности земельных угодий и почв стекались в правительственные ведомства по различным каналам. Описания почв хозяйств составляли сами землевладельцы. Им достаточно было взять пробу (рис. 9,а) в одной точке угодья, чтобы определить категорию качества почв, по которой затем изымались налоги: с бедных почв меньше, с* богатых — больше.

В России в начале 60-х годов XIX в. только зарождались представления о путях управления почвенным плодородием. Но и то, что уже было известно ученому миру, некому было внедрять в практику сельского хозяйства. Земледелие необходимо было связать с научными разработками. Вольное экономическое общество в России организовало четыре опытных поля, где работали талантливые ученые: в Симбирской губернии К. А. Тимирязев, в Петербургской — А. В. Столетов, в Смоленской — Г. Г. Густавсон, в Московской — Т. А. Шмидт/ Но эксперименты были точечными, а не площадными: они не охватывали всего многообразия почв, что затрудняло использование полученных результатов даже на соседних угодьях.

Для широкого распространения опытов потребовались карты, на которых свойства почв можно было бы сравнивать по четким критериям — геометрическим ареалам-аналогам, отражающим генетические особенности почв. Такие карты могли быть созданы только в результате перехода от нульмерного понимания почвенных структур к одномерному, от показа на картах хаотического, лоскутного расположения почвенных контуров к установлению их упорядоченного залегания, обусловленного законами природы.

Рис. 9. Размерности почвенного покрова

а — нульмерная, б — одномерная, в — двумерная, г — трехмерная, д — n-мерная

Известный немецкий географ К. Риттер мечтал о графических способах изображения пространственных форм земной поверхности в виде отношений геометрических фигур и чисел, стремился выявить «правильные математические отношения и ряды чисел», а также показать, «как пространственные отношения при точном определении мерою и числами ведут к более живому представлению сущности географических отношений вообще» (1853, с. 463–480). Это был первый сигнал о необходимости перехода от нульмерных представлений к более высоким, в частности к одномерным.

ОДНОМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА

В. В. ДОКУЧАЕВА

Переход от нульмерной модели к одномерной произошел тогда, когда

на карты стали наносить свойства почв не в виде изолированных точек или кружков, а в форме взаимосвязанных лент. Последние характеризовали закономерное полосное залегание почв по водоразделам, склонам и понижениям (рис. 9, б). Венцом развития одномерных моделей являются работы Я. Н. Афанасьева (1930), установившего законы концентрического расположения почвенных полос в макро-, мезо- и микроформах земной поверхности. Следует заметить, что выводы Афанасьева подтвердились аэрокосмическими исследованиями.

Карты, содержащие линейную информацию о распределении почв па Земле, можно назвать одномерными картографическими моделями. Двумерные картографические модели появились позже, в 40—50-е годы, когда горизонтальные почвенные пояса начали делить на составные части: зоны, формации, фации, секторы, провинции, а в распределении местных почв и ландшафтов стали обнаруживать повторяемость ареалов по клеткам, сеткам, ячеям (Глазовская, 1964; Солнцев, 1981; Степанов, 1983 б).

Одномерная модель Докучаева позволила неформально установить законы распределения почвенных поясов и их симметрию. Пояс — это линейная периодически повторяющаяся форма сочетания ареалов, или природных тел, на определенном уровне иерархии.

И. И. Шафрановский указывает, что Докучаеву принадлежит «видная роль в развитии симметрийных понятий в геологии, географии и учении о почвах». В подтверждение этих слов он приводит отрывок из статьи Докучаева «Горизонтальные и вертикальные Почвенные зоны Кавказа» (1898 г.): «…раз все важнейшие почвообразователи располагаются на земной поверхности в виде поясов или зон, вытянутых более или менее параллельно широтам, то неизбежно, что и почвы — наши черноземы, подзолы и пр. — должны располагаться по земной поверхности зонально, в строжайшей зависимости от климата, растительности и пр.». Шафрановский так оценивает эту статью: «Трудно найти более наглядное и яркое описание зональной симметрии» (Шафрановский, Плотников, 1975, с. 28).

Позже В. И. Вернадский, развивая идеи В. В. Докучаева и П. Кюри, приложил теорию симметрии к изучению природы вообще. Он вместе с Б. Л. Дичковым обнаружил симметрию вращения для почвенноклиматических поясов и диссимметрию (вернее, «антисимметрию») природных вод Земли. В. И. Вернадский (1975) писал: «…я ввожу в геологию новое определение — пространство земной реальности, то, которое всегда изучает неизбежно натуралист. В частности, геолог изучает пространственные явления (т. е. явления симметрии)…».

Отмечая симметричную повторяемость почв горизонтальной поясности Земли, Я. Н. Афанасьев (1930) писал: «Почвенные системы северного полушария найдут себе в южном полушарии «вторую родину⁴⁴, сохранят свою идею и стиль генетики». Он указывал, что его почвенная модель создана по принципу «зеркального отражения».

РОЛЬ АНАЛОГИИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ

Представление о симметрии почв долгое время находило выражение в понятии «аналог» и являлось методологической основой системно-структурного анализа. Проблема аналогов рассмотрена академиком А. Л. Тахтаджяном (1972), который указывает, что аналогиям всегда уделялось в науке большое внимание. Так, Л. Больцман считал, что «познание есть не что иное, как изыскание аналогий». Д. Пойа писал: «Не существует… открытий… которые могли бы быть сделаны без аналогий». М. Петрович разработал учение об аналогиях, а Е. С. Федоров — о «перфекционизме», т. е. об общих законах совершенствования в природе. Э. Витцман признавал принцип ритма и периодичности универсальным. Л. Берталанфи (1950–1969 гг.) пришел к концепции «перспективизма», в основе которого лежит принцип отыскания изоморфизма структурных законов в различных явлениях природы.