На нашем сайте вы найдете полезные советы о том, как повысить плодородие почвы на вашем участке.
Меню
Основные группы экосистемных функций почвы
Экосистемные (биогеоценотнческие) функции почвы
Являясь частью любого наземного биогеоценоза, почва выполняет ряд экосистемных (биогеоценотических) функций (рис. 1). Загрязнение почвы приводит к их нарушению.
1. Функции почвы, обусловленные физическими свойствами: жизненное пространство, жилище и убежище, механическая опора, депо семян и других зачатков.
В рассматриваемом аспекте наиболее важными являются такие физические свойства почвы как структура, плотность, влагоемкость, водопроницаемость, темпeрaтyрa, теплопроводность и др.
Многочисленные данные свидетельствуют, что при загрязнении почвы предприятиями железнодорожного транспорта ухудшается структура почвы, увеличивается плотность, уменьшается общая порозность, снижается водопроницаемость, ухудшается водно-воздушный режим почв [5].
В результате девегетации усиливаются процессы эрозии и дефляции почвы. В последнем случае наблюдается разрушение почвы, которое делает невозможным выполнение почвой не только этой группы функций, связанной с физическими свойствами, но и любых других ее функций.
При загрязнении физические свойства почв изменяются в последнюю очередь. Это происходит только при очень значительном накоплении загрязнений в почве — около 10 ПДК и более [6].
Жизненное пространство
Физические
Депо семян и других зачатков
Механическая опора
Жилище и убежище
Рис.1. Экосистемные (биогеоценотические) функции почвы
2. Функции почвы, связанные преимущественно с ее химическими, физико-химическими и биохимическими свойствами: источник элементов питания; депо влаги, элементов питания и энергии; сорбция веществ, поступающих из атмосферы и с грунтовыми водами; сорбция микроорганизмов; стимулятор и ингибитор биохимических и других процессов.
Выполнение перечисленных функций зависит от таких свойств почвы как содержание и запасы гумуса и элементов минерального питания, влагоемкость, щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия, активность ферментов и др.
Высокие дозы загрязнений вызывают алифатизацию гумуса , что ведет к увеличению содержания углеводов, гидролизуемости гумуса, степени окисляемости гумуса и соответственно значений крнцентрации гумуса[8].Загрязнение почв предприятиями железнодорожного транспорта влияет и на качественный состав гумуса, в основном снижается содержание гуминовых кислот и увеличивая содержания фульвокислот[6].
Интересное из раздела
Леса-легкие нашей планеты Лес — особенное богатство любой страны. Это прекрасный, способный к восстановлению природный комплекс, на котором, зачастую, держится вся экосистема. Термином «лесопользование», обычно об .
Экологическое состояние основной водной артерии города Донецка реки Кальмиус В данной работе основное внимание направлено на изучение экологического состояния реки Кальмиус, в особенности, будет рассмотрена проблема содержания тяжелых металлов в реке и влияние данны .
Определение аллелопатического порога у семян злаков Целью нашего исследования явилось определение аллелопатического порога чувствительности прорастающих семян по отношению к действию некоторых лекарственных растений. Задача нашего иссл .
Источник
Экосистемные функции почвы
Экологические функции почвы рассматриваются в контексте функций биосферы в целом.
Функция биосферы состоит в обеспечении жизни на Земле.
Фундаментальная функция почвы — создание в биосфере режима, обеспечивающего существование и воспроизводство живого вещества, т.
Фундаментальная функция почвы реализуется через обеспечение участия почвы в регулировании конкретных механизмов биосферных процессов, с которыми связано выполнение почвой ее основной глобальной функции. Функции почвенного покрова в биосфере уникальны, незаменимы. Все они взаимосвязаны, группировки их условны.
Многочисленные функции можно подразделить на две группы — глобальные и экосистемные. (Добровольский, Никитин, 1990). Глобальные функции отражают биокосную природу почвы, взаимосвязь почвы с другими природными средами планеты, с космическими процес- сами, отражают ведущую роль почв в формировании устойчивости функционирования биосферы. Среди экосистемных (биогеоценологических) функций почвы выделяют физические, химические, биологические и информационные.
Рассмотрим некоторые из экологических функций почвы и подчеркнем утилитарное значение отдельных из них.
Важнейшая функция почвы состоит в том, что она является областью концентрации живого вещества (концентрационная, аккумулирующая функция). Именно в почве укореняются наземные растения, в ней обитают мелкие животные, огромная масса микроорганизмов. В.И. Вернадский называл почву живой пленкой суши, а Б.Б. Полынов — оболочкой наибольшей плотности жизни. В грамме почвы содержатся миллиарды бактерий, сотни тысяч одноклеточных животных; обитатели почвы вносят основной вклад в разнообразие живых организмов на планете. Необходимые для живых организмов вода и элементы минерального питания, в доступной для них форме, концентрируются в почве в ходе процессов почвообразования. Создание биомассы растений, покрывающих планету, обеспечивается трофической функцией почвы. Почва обусловливает существование не только организмов, обитающих в этой экологической нише, но и других живых организмов, связанных с ней.
Биоэнергетическая функция почвы состоит в способности почвы запасать энергию. Почва является важнейшим условием фотосинтетической деятельности растений. Растения ежегодно фиксируют около п 10 17 — 10 19 ккал химически активной энергии (Ковда, 1985). Живое вещество неустойчиво, после отмирания быстро разрушается, минерализуется. Один грамм сухой биомассы при окислении производит 2 — 3 ккал тепловой энергии. Только небольшая часть образующегося продукта превращается в гумус, сохраняется в почве и обеспечивает ее биологическую продуктивность. Запас энергии в 1 г гумуса составляет 4,5 — 5 ккал. Почва удерживает в виде органических веществ (детрит, гумус) до п 10 19 — 10 20 ккал энергии. То есть почвенно-растительные экосистемы удерживают и будут удерживать длительное время накопленную за миллионы лет энергию. На этом основании почву называют «энергетическим банком» планеты (Добровольский, Никитин, 1986). В гумусе почв покрова Земли накоплено столько же солнечной энергии, сколько во всей надземной массе растительности.
Почва обеспечивает постоянное взаимодействие большого геологического и малого биологического круговорота веществ. Выветривание горных пород, трансформация и перенос продуктов выветривания сопряжены с процессами биогенной миграции химических веществ. Биогеохимические циклы важнейших биофильных элементов (углерода, азота, кислорода) осуществляются через почву. Она действует как аккумулятор этих элементов. Почва проявляет себя как мембрана, способная избирательно отражать, поглощать либо пропускать и трансформировать энергетические и вещественные потоки.
Регулирующая функция почвы состоит в том, что почва регулирует состав атмосферы и гидросферы, состав произрастающих на ней растений. Способность почвы выполнять регулирующую функцию непосредственно связана с процессами перераспределения химических веществ между всеми компонентами биосферы. Газообмен между почвой и атмосферой поддерживает состав атмосферного воздуха. Прямое участие почвы в преобразовании состава воздуха во многом определяется микроорганизмами почвы. Почва влияет на динамику тепла и влаги в приземных слоях воздуха. Из почвы в атмосферу идет поток различных газов, включая «парниковые» (СО2, СН4, NxO). Одновременно идет поглощение почвой кислорода для поддержания окислительных процессов. Фотосинтез, связывание углекислоты, фиксация азота, эмиссия кислорода, водорода, денитрификация, десульфирование, дыхание, окисление и возврат части углекислоты в атмосферу — все эти процессы, свойственные почвенно-растительным экосистемам, определяют локальные и глобальные циклы веществ в атмосфере.
Почвенный покров активно участвует в гидрологических циклах на планете. Они включают целый ряд процес- сов. Почвы принимают влагу атмосферных осадков, конденсирует парообразную влагу. Водные запасы включаются в испарение и транспирацию. Эти процессы обеспечивают увлажнение приземного воздуха.
Влага, фильтрующаяся в глубь почвы, является растворителем многих компонентов почвенной толщи. Химический состав речных и грунтовых вод — это смесь подвижных продуктов почвообразования и выветривания.
Почвенная толща сорбирует и удерживает физиологически доступную растениям воду и растворенные вещества. Питая ими произрастающие на Земле растения, почва определяет и регулирует состояние последних.
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».
– 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!».
Природное или естественное плодородие – состояние почв с естественным почвообразованием. Создается тысячелетиями в результате есС-тественного биологического процесса (рис. 76).