Мелиорация почв — наука, требующая инженерных решений с использованием формализованного научного языка.
Если это требование будет выполнено, то классификация пашен и распространение опыта их освоения на другие территории станут дешевле, проще и проектировщики смогут использовать теорию физического подобия.
Для переноса опыта мелиораций с одного объекта на другой — аналог — сначала следует доказать, что эти объекты подобны по формам и описываются одними и теми же математическими структурами. Отсюда понятен интерес к проблеме симметрии почвенного пространства. Так, А. Н. Каштанов, А. М. Лыков и И. С. Кауричев (1983) считают, что методология практики повышения плодородия почв должна базироваться на пространственно-временных принципах.
Б. Г. Штепа (1983) призывает не избегать пространственных аналогий при натурном моделировании экосистем. Изучение природных аналогов, по мнению этого автора, для научных учреждений является главным при разработке основ орошаемого земледелия, а также мелиоративных прогнозов.
В последние годы возрос интерес к проблеме форм в практике сельского хозяйства. Поэтому важно показать, как в наши дни мелиораторы используют формализованное понятие о почвенном пространстве.
Сначала почвенный покров изучается путем картографирования в поле почвоведами, гидрогеологами, геологами. Затем карты отдают проектировщикам. Последние разбивают территорию по своему усмотрению в полигоны в целях упрощения инженерных расчетов. Таким образом, труд изыскателя обесценивается, а произвольность разбиения территории на полигоны приводит к ошибкам. Для улучшения проектного дела следует делить земную поверхность на правильные периодически повторяющиеся участки непосредственно в поле. Американские специалисты различают элементарный ареал — педон — в виде искусственной шестиугольной призмы; их совокупность — полипедон — определяет однородность почвенного покрова и приближает его к абстрактному понятию — почвенному пространству.
Понятие «педон» заменено «естественной элементарной ячейкой» — параллелепипедом, а полипедон — природным сочетанием таких ячеек в пространстве; структура полипедона выявляется операциями симметрии: вращением, отражением, перестановкой. Таким образом устанавливается структура почвенного покрова, или ландшафта. Элементарную почвенную ячейку мы не ограничиваем шестиугольником, а считаем, что она может иметь форму квадрата, ромба, овала, топологического дерева… Это все природные формы, которые фиксируются в поле по картам и аэрокосмоснимкам. Сочетание ячеек создает разнообразие почвенных систем, каждая из которых требует специфической мелиорации. Поэтому в наши дни инженеры-мелиораторы выявляют связи между типами структур почвенного покрова и видами мелиораций.
Хозяйства рентабельны там, где искусственно созданная структура полей «вписалась» в естественную. Так, многие древние ирригационные системы Средней Азии совпадают с естественной клеточной структурой почвенного покрова: размеры и формы пашен соответствуют границам естественных клеток Земли. Однако в современных проектах часто не учитываются природные формы. Стандартизация параметров пашен привела к нарушению гармонии между естественными и антропогенными структурами и к гибели некоторых свойств, жизненно важных для почвенных клеток: они заболачиваются, засоляются, затвердевают (слитизируются), подвергаются эрозии, просадкам. Другие, более мощные естественные клеточные системы начинают видоизменять свою структуру, «подстраиваясь» под новые антропогенные условия. При этом на перестройку затрачивается часть энергии, которая могла бы пойти на повышение урожая.
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.
Проследим, как карта пластики помогает решать некоторые практические почвенно-мелиоративные задачи. На топографической карте изображен рельеф одного из хозяйств Белоруссии. С учетом его форм разными организациями составлены две почвенные карты: традиционная, статическая и пластики, динамическая. Шурфы, как видно на карте, 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. 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 переосушки и стали давать низкие урожаи; местами они превратились в бесплодные песчаные массивы. Таким образом, неточное картографирование форм почвенных ареалов привело к убыткам.
На карте связь почв с рельефом не выявлена. Труд геодезиста, составившего для изыскателя такую дорогостоящую детальную карту, оказался напрасным: возможности карты полностью не использованы, учтен каждый элемент рельефа. Это позволило создать динамическую картину, в которой тесно увязаны свойства почв и рельефа: на повышениях развиты дерново-подзолистые почвы
На карте 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. Этот дренаж «работал» бы там, где ему положено — только по сильно увлажненным понижениям. Дренаж 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».