Какова экологическая роль почв

На поверхности коры выветривания формируется почвенный покров – основа земельного фонда биосферы. Он представляет собой самостоятельную земную оболочку – педосферу.

Почва – особое естественно–историческое природное тело, возникшее на поверхности суши земного шара в результате совокупного воздействия факторов почвообразования:

климата,
горных пород,
растений,
животных,
микроорганизмов.
времени.

Исходя из этого определения, можно охарактеризовать основные функции почвы. В первую очередь это функция почвы в качестве основной среды обитания организмов земной суши, обеспечивающая аккумуляцию в ней биофильных веществ и атмосферной влаги. Ведь с почвой связно 99% всей биомассы Земли и более 92% известных генетически разных видов живых существ. Из этой функции почвы проистекает много важных выводов.

Если человечество желает сохранить все разнообразие живых существ Земли, оно должно в первую очередь озаботиться сохранением почвы. Почвоведы называют почву пленкой жизни, а В. И. Вернадский считал ее « областью сгущения жизни».

Почва – связующее звено биологического и геологического круговорота веществ. Почва – это экран, через который происходит обмен веществом и энергией между земной корой, атмосферой и гидросферой суши. Через почву осуществляются циклические процессы круговорота воды на земной суши, процессы трансформации органических и минеральных веществ, поступающих в почву и вновь вовлекаемых в жизненные циклы.

Важнейшим свойством почвы является плодородие – способность обеспечивать растения в период их жизнедеятельности водой, питательными веществами и воздухом. Способствуют этому живые организмы (растения, животные и микробы), связанные с почвой и составляющие вместе с ней сложные экологические системы – биогеоценозы.

Почвы представляют собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются самые разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро и макроорганизмов.

Одно из важнейших свойств почвы – ее структура, которая обусловлена совокупным действием органических и минеральных почвенных коллоидов, склеивающих элементарные частички почвы и способствующих образованию комочков структурных агрегатов различной формы и величины.

В почве выделяют три основных горизонта, различающихся по морфологическим и химическим свойствам:

верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт, в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз;
горизонт вымывания, или иллювиальный, где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества, и
материнскую породу, или горизонт, материал которого преобразуется в почву.

Структурные горизонты почв благодаря их рыхлому сложению хорошо осваиваются корневыми системами растений. Эти горизонты обеспечивают их также водой, воздухом и элементами питания.

В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых отмирающей растительностью и остатками животных. Поэтому в ней постоянно обитает огромное количество организмов различных групп. Обитатели почвы в результате своей жизнедеятельности производят большую почвообразовательную работу. В частности, они смешивают различные ее слои между собой, переносят в глубину почвы органические вещества, разлагают и минерализуют листовой опад, отмершие организмы и т. д. почвенная фауна перерабатывает около 25% вещества лесного опада.

В верхних слоях почвы обитает основное количество организмов, каждый из которых выполняет определенную функцию:

дождевые черви, личинки насекомых, клещи разрыхляют почву, способствуют ее аэроции, удобряют ее своими выделениями;
бактерии минерализуют органические вещества, выполняя роль санитаров; простейшие уничтожают избыточное количество бактерий.

По целому ряду экологических особенностей почва является средой, промежуточной между водной и наземно-воздушной. С водной средой почву сближают ее температурный режим, пониженное содержание кислорода в почвенном воздухе, насыщенность последнего водяными парами и наличие воды в других формах, присутствие солей и органических веществ в почвенных растворах, а также возможность для обитателей почвы передвигаться в трех измерениях. С воздушной средой почву объединяют прежде всего наличие почвенного воздуха, а также довольно резкие изменения температурного режима поверхностных слоев и угроза иссушения в верхних горизонтах.

Вся совокупность физических и химических свойств почвы, способных оказывать экологическое воздействие на живые организмы, относится к эдафическим факторам. Они имеют важное значение для тех организмов, жизнь которых тесно связана с почвой. Это относится в первую очередь к животным – постоянным или временным обитателям почвенного покрова. Для растений важность почвы определяется тем, что она является опорой для большинства наземных и водных видов, растительные организмы получают необходимые для жизни минеральные вещества и воду.

Почвенный покров Земли не только питает растения, но и выполняет ряд функций, которые связаны с естественным биогеохимическим круговоротом веществ:

минерализация остатков организмов, органических веществ;
аккумуляция и распределение энергии, прошедшей через фотосинтез растений;
формирование стока речной воды и химического состава суши.

Экологическое значение почвы состоит и в том, что она является связующим звеном, своего рода посредником между живой и неживой природой, атмосферным воздухом, водой и недрами. Для человека почва – средство производства, предмет и орудие труда. Возделываемая (пахотная) почва также в определенной степени продукт труда. В сельском хозяйстве почва выступает в качестве основного (главного) средства производства.

Особо следует отметить уникальную особенность почв – способность к самоочищению, т. е. процесс естественного разрушения загрязнителя в почве в результате природных физических, химических и биологических процессов. При этом загрязнитель разлагается до форм, усваиваемых живыми организмами и вовлекаемых далее в биотический круговорот веществ. Оно основано на поглощении и разложении загрязнителей главным образом микроорганизмами и зависит от их количества и физиологических активности. Длительность процесса самоочищения резко меняется в зависимости от географического места, например, на севере оно идет медленно. Способность почвы к самоочищению имеет огромное значение для проживающих в ней организмов и связанных с ними других компонентов биосферы.

Таким образом, почва – гигантская экологическая система, оказывающая наряду с Мировым океаном, решающее влияние на всю биосферу. Она активно участвует в круговороте веществ. И переносе энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы Земли и выполняет другие функции планетарного масштаба.

Источник

Научная электронная библиотека

18. Экологические функции почв

Земля – источник сил глубокий

И свойств таинственный запас

Из почвы нас пронзают токи,

Неотличимые на глаз.

Описание важнейших экологических функций почв приведено в работах известных российских ученых. Ученые обосновали наличие в почве биосферных, литосферных, атмосферных и гидросферных и энергетическихфункций, а также установили, что жизнедеятельность живых организмов на 90 % сопряжена с почвой (2000). В. М. Фридланда (1977), Г. В. Добровольского, Е. Д. Никитина (2000), Д. С. Орлова и др. (2001)

Экологическое состояние почв – степень их соответствия природно-климатическим условиям почвообразования и пригодности для существования естественных и антропогенных экосистем (Березин и др., 2002). «Под экологическими функциями почв понимаются такие их свойства, которые влияют на условия жизни на Земле во всем ее разнообразии» (Добровольский и др., 2012, с. 21). Классификация функций почвы дана на рис. 71 (Шоба и др., 2012).

Любая «здоровая» почва, не зависимо от ее типа, выполняет целый ряд экологических функций. Рассмотрим основные.

Литосферная. Почва аккумулирует солнечную энергию, передает ее вглубь литосферы, защищает недра от жесткого космического излучения, преобразует ее верхний слой.

Атмосферная. Почва поглощает и отражает солнечную энергию. Регулирует влагооборот и газообмен. Почва дышит как человек – поглощает кислород, выделяет углекислый газ. Почвенный воздух обеспечивает растения углекислым газом только при условии его постоянного обмена с атмосферным. Процесс выделения почвой СО2 так и называется – дыхание.

Гидросферная. Почва перераспределяет поверхностные воды – часть их трансформируется в грунтовые, а часть стекает по уклону. Эти воды участвуют в формировании речного стока. Биофильные элементы питания (С, N, Р, К, Са и др.) поступают в океан с водами поверхностного (почвенного), а затем и речного стока.

Рис. 54. Основные функции почвы как базового компонента окружающей природной среды

Энергетическая. «Почва лежит на перекрестке всех потоков энергии, через нее проходит почти все тепло, посылаемое солнцем на сушу», – писали ученые (Фридланд, Буяновский, 1977, с. 9). Биомасса растений служит источником энергии для травоядных. В почве обитают микробы, насекомые, грызуны – все это пища, а значит, и источник энергии.

• Почва является связующим звеном геосферы, гидросферы, атмосферы.

• Почва – неотъемлемая и наиболее «консервативная» часть экосистем, обеспечивает существование жизни на Земле, является средой обитания, убежищем, жилищем.

Рис. 72. Среда обитания и пища

• Какими бы не были пищевые цепи, они начинаются и заканчиваются в почве. На 90 % жизнедеятельность живых организмов связана с почвой (рис. 72-75).

Рис. 74. Урожденные почвой

Рис. 75. «Источник» жизни

Информационная. Почва не только самый консервативный элемент экосистемы, ее «фундамент», но и «банк» информации об эволюции экосистем. Информация фиксируется в генетических горизонтах, новообразованиях, включениях. Почва регулирует сезонные процессы, численность и структуру биоценозов (Вальков и др., 2001).

Санитарная (средозащитная). Санитарные функции почв очень многообразны. Приведем некоторые из них. Известно, что еще в 1880–1890 гг. немецкие ученые опубликовали свои работы, посвященные этой теме. Это Й. Фодор «Гигиена почвы» и М. Петенкофер «Почва и ее влияние на здоровье человека».

Защита сопредельных сред (рис. 76):

– От твердых поллютантов. Почва является сорбционным барьером. В ней выделяют пять видов поглотительной способности, которые действуют одновременно. Это мощный механизм накопления любых соединений. Она веками удерживает поллютанты и ксенобиотики, защищая собой сопредельные среды и биоту от токсикантов. Период полуудаления кадмия изменяется от 13 до 110 лет, цинка – в диапазоне 70–510 лет, меди – в интервале от 70 до 510 лет, свинца – в течение 740–5900 лет (Орлов, Гришина, 1981).

– От жидких форм поллютантов. Почва – мощный фильтр очистки воды и водных растворов, она обладает высокой способностью связывать химические элементы. Почва длительное время «удерживает» загрязняющие вещества с помощью сорбционных барьеров и поглотительной способности.

– От инфекций. Возбудители тифа, паратифа, дизентерии живут в почве не более двух суток. Но если почва нарушена, могут сохраняться в ней в течение двух лет.

– От болезней. В почвенной микрофлоре содержатся микроорганизмы, которые используют для приготовления антибиотиков и патогенных возбудителей столбняка, сибирской язвы. Лечебный эффект основан на том, что одновременно действуют разные факторы: механические, физические (активная удельная поверхность, термические свойства), химические (основные элементы, гумус, гормоны), биологические (бактерии, грибы, антибиотики) компоненты (Безуглова, 2009).

«По микробному генофонду почва, вероятно, самый богатый субстрат. Недаром при поиске микроорганизмов – продуцентов определенных ценных веществ (антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот) – в большинстве случаев обращаются к почве, как наиболее надежному источнику разнообразных микробов» (Звягинцев.1987, с. 154).

К санитарной функции почв Г. В. Добровольский с соавторами относят способность почв к сорбции, преобразованию загрязнителей (2004).

Самозащита от отравления. У живых организмов выделяют четыре основных механизма защиты от поллютантов: систему барьеров, механизмы выведения, ферментные системы и депонирование. Аналогичные механизмы есть и у почвы (Околелова, 2004, 2011).

– Система барьеров препятствует проникновению ксенобиотиков во внутреннюю среду. Сорбционные барьеры характерны для гумусовых и иллювиальных горизонтов почв, зон контактов горизонтов с различным гранулометрическим составом.

Почвоведы к ним относят геохимические барьеры, в которых происходит избирательное накопление одних элементов и удаление других.

– Механизмы выведения поллютантов. Процессы миграции в почвах постоянны. Можно выделить следующие «транспортные» системы, механизмы миграции (выведения) элементов: вертикальная миграция (зависит от гранулометрического состава и водного режима); латеральная (от автономных ландшафтов к подчиненным); механическая (с поверхностными водами и в результате дефляции); биологическая (при участии живых организмов).

– Ферментные системы. У живых организмов эти системы превращают токсиканты в менее опасные соединения, которые, затем, легко удаляются из организма. Ферменты также катализируют разрыв химической связи в молекуле загрязнителя или способствуют образованию нового соединения.

В почве аналогичную роль выполняют микроорганизмы, а также весь спектр биоорганических и минеральных соединений, которые химически взаимодействуют с поступающими элементами.

Рис. 75. Сорбционные барьеры

– Депонирование. Аккумуляция вредных веществ в почве происходит с образованием органо-минеральных соединений, закреплением в почвенно-поглощающем комплексе. Сроки подобного сохранения (депонирования) – десятки и даже сотни лет. Максимальное накопление свойственно почвам аккумулятивных ландшафтов.

Выполняя санитарные функции почва защищает все сопредельные среды, всю биоту «собой», собственным здоровьем. Проблема диагностики которого до настоящего времени не решена (Janvier, 2007).

«Здоровье почвы – способность почвенной биосистемы (педоценоза) в заданных пространственных границах поддерживать продуктивность растений, животных, приемлемое качество воды и воздуха, а также обеспечивать здоровье людей, животных и растений. Здоровая почва не содержит техногенные радионуклиды, ксенобиотические и природные поллютанты, а также фитопатогенные агенты сверх допустимых санитарно-гигиенических, экологических и фитосанитарных нормативов» (В. В. Добровольскому с соавторами, 2012, с. 364).

Плодородие почв – способность почв удовлетворять потребности растений в элементах питания (N, Р, К), обеспечивать их корневые системы водой, достаточным количеством тепла и влаги. Почва способна к воспроизводству этого общего и важнейшего своего качества. «С позиций экологии, плодородие – следствие биологического круговорота биофильных элементов» (Апарин и др., 2006, с. 172).

Природное или естественное плодородие – состояние почв с естественным почвообразованием. Создается тысячелетиями в результате есС-тественного биологического процесса (рис. 76).

Рис. 76. Плодородие почв

По выражению В. Р. Вильямса: «Горная порода, чтобы стать почвой, должна развить два новых свойства, которые составляют существенный признак почвы – ее плодородие. Она должна приобрести способность к образованию и сохранению запаса воды . сконцентрировать и удержать необходимый для развития растений запас элементов их зольной и азотной пищи» (1947, с. 37).

Искусственное плодородие – создание длительного плодородия за счет антропогенного воздействия (рис. 77).

Рис. 77. Искусственное плодородие

Плодородие проявляется в двух формах:

– в продуктивности (урожайности) произрастающих на ней культур, в количестве синтезируемой биомассы. Плодородие разных почв сравнивают по многолетней урожайности растений при равных экономических затратах.

– богатстве элементов питания, гумусом, растительно-экологи-ческом равновесии и их количественно-качественных особенностях.

Потенциальное плодородие – способность почвы в благоприятных условиях (оптимальные для растений водный, воздушный и тепловой режимы) длительное время поддерживать необходимое количество питательных элементов, обеспечивая высокий уровень эффективного плодородия.

Экономическое (совокупное, эффективное) плодородие – сумма двух первых, отражающая возможность почв продуцировать биомассу.

В начале прошлого века среди ученых велись дискуссии: можно ли почву считать живым организмом. Пришли к выводу, что нельзя, потому что для этого ей «не хватает» одного свойства – репродуктивной способности.

Экономическая функция. Почва-земля – основное средство производства и природный ресурс одновременно. Она, в отличие от других средств производства, одновременно выполняет функции предметов труда (выращивание культур) и орудий труда (воздействие на почву для получения урожая нужного качества и количества).

«В настоящее время, когда обществом признается (экономически и законодательно) только две экономические функции почв – плодородие и место для размещения жилищных, производственных и других объектов, нет и не может быть иных экономических оценок почв, кроме тех, которые учитывают показатели этих функций. Все рассуждения почвоведов о важности других биосферных и потребительских качеств почв останутся лишь предметом теоретических исследований до тех пор, пока эти качества (реальные или потенциально возможные) не получат экономического и /или самостоятельного выражения» (Добровольский и др., 2012, с. 333).

Как результат труда почва не должна стать хуже, потерять естественное плодородие. Только земля, почва в отличие от техники и сооружений не создана человеком и ничем не заменима. Поэтому в первозданном виде «бесценна» – не имеет стоимости.

При отводе земли на сегодняшний день в ее цену, в первую очередь, входит близость и развитость инфраструктуры, в последнюю – качество. Почва – актуальный экономический ресурс. Ее рассматривают как объект недвижимости (Макаров и др., 2008).

Сельскохозяйственная. Главный ресурс агроэкосистемы – почва. Какие бы виды сельскохозяйственных угодий на ней не размещали, основные – растениеводство и животноводство, не мыслимы без учета качества почв и ее плодородия. «Тот, кто сумеет вырастить две травинки или два початка кукурузы, на том месте, где прежде произрастал лишь один, больше заслуживает благодарности человечества и оказывает более существенную услугу свое стране, чем все политики вместе взятые» (Дж. Свифт, 1726).

Системный ресурс. Почва – системный ресурс, в первую очередь, природный и экономический. «Системный ресурс – это внутренний эволюционный запас системы, позволяющий ей совершать энергопреобразования определенного объема» (Веллер, 2012, а, с. 268).

Исходя из определения понятия «почва» саму почву можно считать эволюционным ресурсом, продуктом эволюции. Почву можно рассматривать и как адаптационный ресурс. По М. Веллеру это качественный и количественный запас психофизиологических возможностей организма адаптироваться к изменению условий существования

( 2012, в, с. 167). Точно также можно сказать о возможности почвы адаптироваться. Качественный и количественный состав органических остатков, поступающих в почву, зависит от вида биоморфов и изменяется в очень широком диапазоне. Например, в молекуле лигнина хвойных деревьев преобладает кониферил, лиственных – синан, травах – кумаровые спирты.

Природные ресурсы (естественные) – объекты и силы природы (природные блага), общественная полезность которых изменяется в результате трудовой деятельности человека. Их используют в качестве средств труда, источников энергии, сырья, материалов, условий жизни, в том числе и почву.

Природные ресурсы классифицируются по ряду признаков, основная классификация – по исчерпаемости и возобновимости.

1). Возобновимые – ресурсы, создаваемые текущим потоком солнечной энергии, способные к восстановлению за время, соизмеримое со сроками их потребления. К ним относят: зоологические, биологические ресурсы, соли и другие минеральные ресурсы, осаждающиеся на дне морей, озер. Природные ресурсы биосферы, нуждаются в мерах по охране и воспроизводству.

2). Относительно возобновимые – ресурсы, обладающие способностью к самовосстановлению в течение очень долгого времени (почва, лес, вода).

3). Невозобновимые – ресурсы, возникающие на определенных этапах геологических процессов, а также выпавшие из биосферного круговорота и погребенные в недрах продукты прошлого – осадочные породы, ископаемое топливо. Они включают и уникальные ресурсы, для которых в природе нет аналогов. К ним относят большинство минерально-сырьевых ресурсов.

Для оставшихся в недрах природных ресурсов безразлично, сколько их извлечено. А для почвы, леса, живого, где все взаимосвязано, степень изъятия имеет огромное значение.

Экологические ресурсы, ресурсы природной среды, окружающей человека – это часть природных ресурсов, включая почву, совокупность средообразующих компонентов, обеспечивающих экологическое равновесие в биосфере и нормальную среду обитания человека.

Почвенно-земельные – ресурсы сельскохозяйственных угодий или почвенного покрова вне зависимости от форм использования. «Одной из важнейших экологических функций почвы является генерирование и сохранение биологического разнообразия», – считает А. С. Владыченский (2004, с. 102). Цитаты ученых, специалистов и экологов указаны на рис. 78.

В 1924 г. образовано Международное общество почвоведов. Первый международный конгресс проходил в 1927 г. в США, второй, в 1930 г. – в Москве. Отклик этого события можно найти в знаменитом романе «Золотой теленок» И. Ильф и Е. Петров. Там описан эпизод, когда О. Бендера второй раз не пускают в московскую гостиницу, поскольку она занята вернувшимися из экспедиции участниками международного симпозиума почвоведов. Он стал бить себя в грудь и сказал администратору: «Я сам в душе почвовед!».

Источник