Сельскохозяйственное освоение земель имеет свои этапы развития.
В прошлом примитивное использование почв — небольших изолированных участков пашен среди бескрайней целины — в наши дни сменилось бурным развитием орошения и осушения на обширных просторах Земли. При этом под влиянием человека круговорот вещества и энергии охватывал лишь верхнюю метровую толщу, теперь он распространился вглубь на сотни метров. Поэтапный характер использования земель способствовал и поэтапной разработке научных моделей почвенного пространства. Сначала они были нульмерными, затем стали одномерными, двумерными, трехмерными… Сейчас, когда орошением и осушением охвачены колоссальные площади, потребовалась разработка многомерных моделей, которые учли бы происходящие изменения природной среды на всех уровнях.
Такие модели могут быть получены на основе диалектического учения о связи формы с содержанием. Например, недавно поставленная перед учеными нашей страны задача построения модели почвенного плодородия не может быть решена без глубокого понимания явлений формообразования. По этой же причине возникла проблема картографирования почвенных ареалов на новых принципах, объективно вскрывающих геометрию структур почвенного покрова.
Институт почвоведения и фотосинтеза АН СССР разработал и внедрил в производство новый метод почвенного картографирования — пластики рельефа. В нем сочетается топографическая карта с аэрокосмическими снимками. В последние годы Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР стало выпускать в свет созданные этим методом карты нового типа. Они отображают динамику древнего и современного рельефообразования, выявляют дискретное клеточное строение почвенного покрова, подобное клеточным структурам тканей растений и животных,
Вместо обычных контуров на этих картах выделяются почвенно-геологические тела с векторной направленностью и началом координат. Наука обогатилась возможностью воспринимать дискретные почвенные тела, то есть почвы повышений, на фоне другой среды — континуума, представленного почвами понижений. На прежних почвенных картах такого разделения почв не было, а потому не возникали такие проблемы, как взаимодействие дискретного и континуального, системы и подсистемы, случайного и устойчивого, симметричного и диссимметричного, без которых формализация почвоведения невозможна. Обострилась дискуссия на тему: является ли каждая почвенная клетка независимой структурной единицей почвенного покрова, или же клетки переходят одна в другую, образуя непрерывный, континуальный, материальный субстрат?
По картам нового типа установлено, что почвенный покров имеет геометрически правильный рисунок, образованный своеобразным сочетанием в пространстве элементарных почвенных ячеек (клеток, паттернов, мозаик). Они могут быть полигональными, криволинейными, ветвящимися. Сочетаясь, полигональные формы образуют криволинейные другого уровня организации, и наоборот. Такого рода топологические перестройки приводят к мысли о необходимости создания почвенной теории топологического формообразования. Она может быть построена с учетом принципов симметрии, связывающих формообразование с энергетическими законами природы.
Выявление по картам элементарных почвенных ячеек и их пространственных сочетаний с помощью операций симметрии (перестановок, вращений, отражений) привело к представлению о тождестве почвенных и математических структур. Такое понимание облегчает формализацию почвоведения, то есть усиливает в ней роль формальной логики, математики, абстрактного мышления. Разработка любой почвенной модели уже подразумевает применение математических правил и абстрактных образов. Последние требуют не конкретного мышления, многим привычного, а абстрактного, для чего нужны особые приемы научного познания. Приходится глубже вникать в смысл таких понятий, как «пространство», «форма», «движение», «симметрия», «инвариантность». Они необходимы для доказательства симметрии почвенного пространства — его однородности и изотропности.
Иногда спрашивают: какой смысл в изучении абстрактных почвенных моделей, отражающих свойства реальной почвы, если имеется возможность исследовать самую почву непосредственно в поле? На этот вопрос о соотношении реального и абстрактного, глубоко философский по своей сущности, можно ответить следующими словами. Познание движется от конкретного к абстрактному (общему) и от последнего к практике. Прямой переход от конкретных полевых опытов к практике наука не признает: необходим этап теоретизации знаний, что невозможно без построения абстрактных моделей. Сейчас как никогда прежде сельское хозяйство нуждается в теоретических обобщениях, построенных на научно обоснованных моделях. И эти обобщения делаются, но в разных традициях.
В основу отечественного почвоведения заложены традиции В. В. Докучаева о геометрических моделях почвенного пространства. Пример тому — почвенный профиль с горизонтами А, В и С — типичный образец абстрактной геометрической модели. Она явилась причиной бурного развития новой фундаментальной науки — почвоведения. Заданная В. В. Докучаевым графическая форма общения удобнее громоздких и разноязычных словесных описаний свойств почв. Геометрические фигуры — профили и ареалы — понятны всем и легче запоминаются: ведь самая прочная память у человека — зрительная. Поэтому почвоведение, использовав принципы геометрического мышления, не занимается простым описанием почв, а выявляет гармонию форм и свойств почвенных профилей, горизонтов, агрегатов, микрочастиц, а также ареалов почвенного покрова. Каждая генетически обусловленная форма почвенного тела имеет свой, присущий только ей, вид симметрии. Каждому виду симметрии почвенного тела соответствует свой закон сохранения. Таким образом осуществляется переход от формы к содержанию и от содержания к форме. Это открывает большие возможности для изучения факторов почвообразования с иных, более формализованных, позиций.
Анализ факторов почвообразования с позиций принципов симметрии приводит к выводам о том, что почвенная картина мира, некогда механическая, становится электромагнитной и квантово-полевой. Если раньше почвообразование рассматривалось только как совокупность взаимодействия климата, растительного и животного мира, горных пород, то теперь — как взаимодействующее влияние гравитационных, электромагнитных и биологических сил.
Изучение не самих конкретных форм почвенных тел разных уровней иерархии, а форм образующих их сил— задача будущего. Видимо, формы движения электронов в различных типах почв не произвольные, а определяются набором энергий, что зависит от преобладающих в них атомов, т. е. от их квантового строения. Только формы силовых полей охватят в целостном единстве все видимое на поверхности разнообразие конфигураций почвенных тел, таких несходных между собой. Поэтому за современным открытием видимых форм мира почв следует познание глубоких основ почвообразовательных сущностей, создающих из неживого и живого третье царство природы — почвенный покров. Познать эти сущности — значит научиться управлять почвенным плодородием.
Методология почвоведения сегодня — симметричный анализ морфологически выраженных почвенных форм и их пространственно-временных соотношений, методология завтрашнего дня — симметричный анализ форм и структур природных сил (физических полей), образующих почвенные конфигурации. В изучении физических полей успехи достигнуты геологами; ими в последние годы коренным образом изменены многие устоявшиеся положения наук о Земле.
Заслуживает внимания представление о гидрогеодеформационном поле. Это поле, охватывающее всю земную кору, возникает в результате бесконечной периодической смены напряжений. В почвенно-геологических телах то возникают, то исчезают короткоживущие структуры деформации объемной изометрической формы с огромной скоростью — до 16 тыс. км/ч («Наука и жизнь», 1983, № 10, с. 14).
Другой пример — кольцевые структуры, которые в последние 15 лет заполнили геологические карты. Почвоведы еще не использовали знания о криволинейных формах при построении своих карт. Тогда как геологи не только изучили геометрию их узоров, но и связали ее с гравитационными, электромагнитными, тепловыми и другими полями. Оказалось, что эти поля имеют кольцеобразные формы, которые порождают геохимические структуры соответствующей формы. Под влиянием внутренних факторов Земли (извержения вулканов, землетрясения) и атмосферных воздействий (магнитные бури) формы физических полей почвенного покрова деформируются или перемещаются в различных направлениях («Наука и жизнь», 1982, № 4, с. 136).
Все это не может не сказаться на плодородии почв и судьбе урожаев. Поэтому физическим полям стали уделять большое внимание: появляются статьи об их морфологии, доказывается связь почвенных структур со структурами силовых линий различных типов земной коры. Такое физическое понимание природы почв меняет методологию почвоведения, поскольку вместо различных факторов почвообразования предметом изучения становится единый интегрирующий показатель — физическое поле.
Гравитационные и электромагнитные поля образуют «душу» почвенного покрова. Это позволяет рассматривать их как благодатный объект мелиоративного освоения. Теоретической основой осуществления мелиораций служит представление о том, что почвенное пространство существует не само по себе, а как отражение симметричных свойств физических полей. Такое пространство становится неевклидовым, с характеристиками, зависящими от положения и движения взаимодействующих элементов почв в том или ином поле. При этом кривизна почвенного пространства есть результат взаимодействия силовых линий энергетических полей, особенно гравитационных и электромагнитных.