Экологическая взаимосвязь компонентов почвы интегральность понятия плодородие почвы
7.1. Экологические функции и плодородие почв
Отношение людей к земле всегда носило двойственный характер. С одной стороны, исторически сложившееся понятие у крестьянина о земле как о “кормилице”, требующей бережного отношения, с другой – насущная необходимость получения сельскохозяйственной продукции часто вынуждала эксплуатировать земельные угодья чрезмерно интенсивно, вплоть до частичной или полной потери плодородия.
В истории человечества неоднократно случались экологические катастрофы, связанные с деградацией почвенного покрова в результате неправильного использования земли, – просчетов при мелиорации, химизации, применения агротехники и т.п., что в конечном итоге всегда было связано с недостаточностью знаний о специфике функционирования почвы как сложного биокосного природного тела. Кроме того, земельные отношения – вопросы собственности, купли-продажи, аренды и т.п. всегда являются ключевыми в государственной и социальной политике всех стран.
На настоящем этапе общество стоит перед сложной проблемой глобального характера – резким снижением естественного плодородия, деградацией и опустыниванием почв. С этих позиций разработка научно-обоснованных систем управления землепользованием – весьма актуальная задача. Решение этих проблем должно базироваться на достижениях аграрных наук и фундаментального почвоведения.
Почва является “самостоятельным естественно-историческим органоминеральным природным телом, возникшем на поверхности земли в результате длительного воздействия биотических, абиотических и антропогенных факторов, состоящим из твердых минеральных и органических частиц воды и воздуха и имеющим специфические генетико-морфологические признаки, свойства, создающие для роста и развития растений соответствующие условия” (ГОСТ 27593-88).
Прежде всего необходимо понять и осознать роль почвы в биосфере, ее качественной связи с факторами почвообразования [1, 2]. Главная экологическая функция почв состоит в том, что они являются средой обитания огромного разнообразия живых организмов: растений, микроорганизмов, животных. Именно в почве происходит взаимодействие биологических и геологических круговоротов; здесь преобразуются продукты распада животных и растений, т.е. происходит процесс минерализации, необходимый для питания и роста растений. Почва служт регулятором водного режима. Экологические функции естественных почв определяются тремя группами их свойств:
физическими (плотность, порозность, удельная поверхность, водопроницаемость);
химическими (химический состав почв, ила, физико-химические свойства, рН, сумма и состав обменных катионов, количество доступных для растений питательных веществ);
биологическими (общим количеством и комплексным функционированием).
Почва обладает важнейшим свойством – плодородием, что является основой всей жизни биосферы, в том числе и человека. В современном представлении плодородие трактуется как интегрирующий системный показатель почвенных процессов и свойств в их взаимосвязи со всеми параметрами экосистемы, в результате чего в почве накапливаются ресурсы вещества, энергии и информации, которые используются растениями. Это свойство исключительно важно для жизни всех живущих на суше организмов, в том числе и для человека, поэтому плодородие считается глобальной экологической функцией почв.
Плодородие формируется в результате почвообразовательного процесса, поэтому отличается динамичностью (сезонной, годовой и т.п.), что может проявляться в виде простого, расширенного или неполного воспроизводства.
Воспроизводство плодородия обеспечивается совокупностью природных почвенных процессов или целенаправленным антропогенным воздействием.
Расширенное воспроизводство плодородия обеспечивается интенсивными антропогенными воздействиями для поддержания эффективного плодородия на уровне, превышающем потенциальный.
Неполное воспроизводство плодородия наступает при нерациональном антропогенном воздействии, снижающем почвенное плодородие ниже исходного. В таких случаях начинаются процессы деградации почв.
Оптимизация почвенного плодородия основана на комплексе мер, обеспечивающих оптимальные условия возделывания сельскохозяйст-венных культур, при бездефицитном энергетическом балансе выража-ющиеся через почвенные режимы и свойства [3].
Для познания эволюции почвенного покрова в естественных условиях необходимо ориентироваться на процессы, происходящие в почвенном профиле в условиях естественных ценозов, которые принимаются за эталон. При управлении агроценозами, где основное внимание уделяется плодородию, соответственно устанавливаются эталоны плодородия почв.
Эталон плодородия почв – локальная (региональная) модель почвенного плодородия, состоящая из системы взаимосвязанных блоков, включающих набор почвенных параметров состава, свойств и режима оценки плодородия, агроклимата, а также блока управляющих приемов агромелиоративного комплекса (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Блоки агроэкологического эталона состояний почвенного плодородия [Булгаков Д.С., Апарин Б.Ф., 1999]
Природно-идентификационный блок определяет уровень фактического и перспективного плодородия; оценочный блок содержит информацию об уровне плодородия почв и продуктивности культур; блок агроуправляющих воздействий ориентирован на выдачу рекомендаций приемов изменения параметров почвенных свойств.
Цель работы такой системы – на основании установления состояния плодородия почв конкретной территории, выявления направления изменения почвенных свойств указать землепользователю на необходимость применения определенных технологических приемов, способствующих достижению экологической и экономической выгоды при размещении сельскохозяйственных культур [3].
В последние 2 – 3 десятилетия специалисты все больше стали акцентировать внимание на развитии процессов деградации и опустынивания. В Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием (1996) под этим процессом понимается деградация земель в аридных, семиаридных и засушливых субгумидных регионах в результате действия различных факторов, включая изменение климата и деятельность человека. Деградация означает снижение ресурсного потенциала в результате воздействия на земли одного или комплекса процессов. Главными антропогенными факторами здесь выступают: нерациональное пастбищное землепользование, сведение древесно-кустарниковой растительности, дорожно-коммуникационное строительство, добыча ископаемых, ирригационные работы, неорганизованная рекреационная деятельность и др., что ведет к появлению ветровой, водной эрозии, засолению, заболачиванию, загрязнению почв, обеднению биоразнообразия [4, 5].
Сочетание нерегламентированного антропогенного воздействия, естественной неустойчивости природных систем, неблагоприятных климатических условий усугубляет и ускоряет процессы деградации и опустынивания земель.
На рис. 7.2 показана схема взаимодействия факторов, агентов, условий и результатов опустынивания.
Общая площадь земель России, подверженных процессам опустынивания или потенциально опасных в этом отношении, составляет по разным оценкам от 50 до 100 млн га. Процессы опустынивания или условия, предопределяющие их опасность, отмечаются в более чем 20 субъектах Российской Федерации. Наиболее интенсивно опустынивание земель проявляется на территории республик Калмыкия и Дагестан, Астраханской, Ростовской областей. В республике Калмыкия процесс опустынивания охватил более 82% площади земель, из них более 47% находится в стадии сильного и очень сильного опустынивания.
Почвы являются универсальным регулятором состояния природной среды, объектом природного разнообразия. Деградация почв, как правило, ведет к нарушению функционирования целых экосистем. Поэтому оценку состояния почвенного покрова и принципы управления его использованием необходимо положить в основу национальной природной политики [6].
Агенты + процессы = причины опустынивания
Объект + регуляторы = условия опустынивания.
Рис. 7.2. Схема взаимодействия факторов, агентов, условий и результатов опустынивания [Куст, 1999.]
Источник
34. Плодородие как интегральная экологическая функция почв. Многофакторность почвенного плодородия.
Плодородие – это интегральная экологическая функция почвы, обеспечивающая формирование биомассы растений.Уникальность почвы как среды обитания жизни проявляется в том, что в почве и на почве живет 92% от числа всех известных на Земле видов растений и животных. В одном грамме почвы может находиться до нескольких миллиардов бактерий, сотни метров грибных гифов, сотни тысяч одноклеточных простейших животных, и многие тысячи метров тонких корней и корневых волосков растений.
Несмотря на ничтожно малую толщину почвенного покрова Земли, представляющего собой тончайшую пленку на ее поверхности, именно эта пленка является биологически самой продуктивной частью биосферы. Биомасса суши, неразрывно связанная с ее почвенным покровом, составляет более 99% всей биомассы Земли.
Почва выполняет множество функций, которые можно сгруппировать следующим образом.
1. Трансформация поверхностных вод в грунтовые.
2. Формирование речного стока и влияние на биопродуктивность водоемов.
3. Сорбционный барьер, защищающий акватории от загрязнений.
1. Поглощение и отражение солнечной радиации.
2. Регулирование влагооборота атмосферы.
3. Регулирование газового режима атмосферы.
1. Биохимическое преобразование верхних слоев литосферы.
2. Защита литосферы от чрезмерной эрозии.
3. Источник вещества для образования минералов и полезных ископаемых.
1. Среда обитания и фактор биологической эволюции.
2. Аккумулятор вещества и энергии для организмов.
3. Связующее звено биологического и геологического круговоротов.
Этносферные и социосферные функции:
1. Фактор этнической мозаичности антропосферы (Л.Н. Гумилев).
2. Фактор существования и динамики этносферы и социосферы.
3. Формирование полезных ископаемых и энергетических ресурсов, используемых этносами.
4.Место для поселений, промышленных и дорожных объектов.
35. Взаимосвязь и изменчивость экологических функций почв (эфп). Принципы целостности и соподчиненности эфп. Принципы динамичности, пространственной вариабельности и буферности эфп.
Педосистема представляет собой динамическое единство почвы и населяющих ее живых организмов и корней. В определенном смысле она близка к почве в понимании почвоведов, выделяющих в ней живую фазу как составную часть. В педосистеме выделяются следующие основные блоки: собственно почва и подпочва, в совокупности образующие почву; собственно почвенный и подпочвенный биоценоз, вместе составляющие биоценоз почвы.
Разработанная в рамках указанной концепции модель педосистемы свидетельствует о большой сложности и насыщенности специфическими связями как собственно почвенной, так и биоценотической ее составляющей. В рассматриваемой схеме в качестве основных структурно-функциональных почвенных компонентов выделяются: 1) водорастворимые соединения и обменные ионы, 2) тонкодисперсные минералы и гумус, 3) растительные остатки, 4) грубодисперсные минералы, 5) водно-воздушная фаза. Основными составляющими биоценоза почв служат: 1) корни растений и ризоиды, 2) микроорганизмы, 3) 101 беспозвоночные животные, 4) позвоночные животные, 5) продукты метаболизма растительных и животных организмов. Даже простой перечень и элементарная группировка основных звеньев почвенного и биоценотического блока педосистемы свидетельствуют о том, что они характеризуются как тесным взаимодействием и взаимообусловленностью, так и наличием отчетливой специфичности, заставляющей постоянно учитывать не только их единство, но и качественное своеобразие. Сама педосистема не может трактоваться как автономная, а должна рассматриваться в составе другой, еще более сложной системы — биогеоценоза (экосистемы).
В силу взаимозависимости свойств и экологических функций почвы любое одностороннее, слабо контролируемое антропогенное воздействие на биопедоценоз вызывает в нем сложную перестройку и изменения, что приводит к негативным последствиям. Причем в комплексе деградационных изменений обычным оказывается ухудшение по тем или иным показателям работающего на почвенное плодородие сообщества почвообитающих организмов, которое происходит не только при сдвиге химических процессов в почве, но и при заметном изменении ее физического состояния
36. Принципы рационального использования и охраны почв на основе учёта их экологических функций и экологических рисков: концепция экологического земледелия. Концепция гармоничного землеустройства территории.
Источник
Экологическая взаимосвязь компонентов почвы интегральность понятия плодородие почвы
Глава 10. ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВ
Значение почвы как основного средства сельскохозяйственного производства определяется ее основным свойством – плодородием. Плодородие – это способность почвы удовлетворять потребность растений во всех необходимых им условиях (элементах питания, воде, воздухе, тепле и др.) для нормального роста и развития.
Развитие учения о плодородии почв связано с именем русского почвоведа В.Р.Вильямса. Он изучил формирование и развитие плодородия в ходе процесса почвообразования, показал взаимосвязь со свойствами почв и пути его повышения при сельскохозяйственном использовании.
Плодородие – особое специфическое свойство почвы, являющееся главным качественным отличительным признаком ее от горной породы. Плодородия является результатом почвообразования, а при использовании в сельском хозяйстве — результатом окультуривания.
§1. Виды почвенного плодородия
Различают следующие виды плодородия: естественное (природное), искусственное, эффективное (экономическое) и потенциальное.
Естественное плодородие – то плодородие, которым обладает почва в природном состоянии без вмешательства человека. Естественное плодородие в одном случае может быть сравнительно высоким, в другом весьма низким, но всегда определяется сочетанием и совместным влиянием природных факторов и процессов почвообразования. Естественным плодородием в чистом виде практически обладают лишь целинные земли. Оно определяется биологической продуктивностью, т.е. количеством растительной массы, создаваемой за год на единицу площади.
Искусственное плодородие – плодородие, которым обладает почва в результате целенаправленного воздействия человека (обработки, удобрения, мелиорации и других приемов по окультуриванию). С момента, когда целинный участок вовлекается в оборот и почва становится средством производства и продуктом труда человека, она наряду с естественным приобретает искусственное плодородие. В чистом виде оно возникает при создании субстратов для выращивания растений в теплицах, парниках и т.п.
Искусственное плодородие свойственно всем в той или иной мере окультуренным почвам. Однако как бы ни была высоко окультурена почва, она наряду с искусственным всегда обладает и естественным плодородием, обусловленным природными свойствами почвы. Чем выше культура земледелия, тем больше изменились первоначальные качества почв и тем сильнее выражено в ней искусственное плодородие. Однако определить, какая часть плодородия окультуренной почвы относится к ее естественному плодородию, а какая к искусственному, невозможно. Эти два вида плодородия неразрывно связаны между собой и формируют эффективное (экономическое) плодородие.
Эффективное (экономическое) плодородие представляет собой ту часть плодородия почвы, которая реализуется в виде урожая растений. Оно является реальным выражением искусственного и природного плодородия, вместе взятых, и представляет собой результат воздействия человека на почву в определенных социально-экономических условиях. Следовательно, к основным факторам, от которых зависит эффективное плодородие, относятся не только уровень природного плодородия, но в большей степени условия использования почв в производстве, уровень развития науки, техники и реализации их достижений, и растет вместе с ростом последних. Является частью потенциального плодородия почв.
Потенциальное плодородие – это суммарное плодородие почвы, определяемое ее приобретенными в процессе почвообразования или созданными (измененными) человеком свойствами. Характеризуется запасами элементов питания растений, формами их соединений и сложным взаимодействием всех других свойств, определяющих способность почвы в благоприятных условиях обеспечения растений другими факторами – водой, воздухом, теплом (а это возможно при окультуривании) – длительное время мобилизовать в необходимых для растений количествах элементы питания и поддерживать высокий уровень эффективного плодородия. Огромное потенциальное плодородие имеет, например, луговой торфяник, после осушения и освоения на нем получают очень высокие урожаи культурных растений за счет частичного расхода запасного фонда. Высоким потенциальным плодородием обладают черноземные почвы, низким – подзолистые.
Различные растения предъявляют неодинаковые требования к почвенным условиям. Поэтому говорят об относительном плодородии почв, т.е. по отношению к определенным видам растений или растительным формациям. Одна и та же почва может быть плодородной для одних и малопригодной для других растений. Например, болотные почвы высокоплодородны для болотной растительности и не подходят для степной, кислые подзолистые плодородны в отношении лесной растительности, на солончаках хорошо произрастает галофильная растительность.
§2. Факторы и условия плодородия почв. Воспроизводство плодородия
Различают факторы и условия почвенного плодородия. К первым относятся элементы азотного и зольного питания растений, лучистая энергия, вода, воздух и тепло – необходимые земные факторы жизни и роста растений, ко вторым – совокупность свойств и режимов, сложное взаимодействие которых определяет возможность обеспечения растений земными факторами (физические и физико-химические свойства, наличие токсических веществ и др.).
Главные показатели (условия), определяющие уровень почвенного плодородия, можно объединить в следующие группы:
1) комплекс физических свойств почвы – механический состав, структура, физико-механические свойства, воздушные, водные и тепловые свойства;
2) комплекс химических свойств – гумусовый состав, минералогический и химический состав, количество подвижных форм макро- и микроэлементов, наличие токсических веществ, отсутствие избытка легкорастворимых солей;
3) комплекс физико-химических свойств – реакция, емкость поглощения, состав обменных катионов, степень насыщенности основаниями, окислительно-восстановительный потенциал;
4) комплекс биологический свойств – количество микроорганизмов, преобладание бактерий (нитрифицирующих, целлюлозоразрушающих, наличие азотфиксирующих), ферментативная активность, «дыхание» почвы, фитосанитарное состояние;
5) комплекс режимов почвы – благоприятные водно-воздушный, пищевой и тепловой.
Необходимо подчеркнуть, что плодородие проявляется как результат сложного взаимодействия и взаимовлияния свойств и режимов почвы. Свойства почвы могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на уровень ее плодородия. В таблице 13 перечислены основные лимитирующие факторы почв и соответствующие приемы их мелиорации.
Лимитирующие факторы плодородия и прием их ликвидации
Источник