Планетарный почвенный покров строение почвенного агрегата органическое вещество почв

Педосфера

Педосфера (от греч. Pedon — грунт, и sphaira — шар) — почвенная оболочка Земли, аналогична другим земным оболочкам — геосферам: литосфере, гидросфере, атмосфере.

Как синоним термина «педосфера» используется понятие «почвенный покров Мира» или Земли, потому что составляющие педосферу почвы покрывают большую часть поверхности земной суши. Изучению педосферы посвящена особая природно-историческая наука — почвоведение. Впервые термин «педосфера» был введен в научный оборот профессором Московского университета А. А. Яриловым в его монографии «Педология как самостоятельная естественнонаучная дисциплина о земле», изданной в 1905 г. в Юрьевском университете (ныне Тарту, Эстония). Сейчас этот термин достаточно широко используется в научно-исследовательской литературе и учебниках по почвоведению.

Происхождение и состав

Педосфера образовалась в результате многовекового воздействия атмосферной влаги, солнечного тепла, растительного и животного мира на поверхностные слои горных пород земной суши. Вследствие разнообразия природных условий в разных зонах и регионах мира очень разнообразны и почвы, составляющих его почвенный покров (педосферы).

В педосфере насчитывают сотни основных типов и много видов и разновидностей почв, различающихся по строению, физическим и химическим свойствам, гидротермического режима, состава и жизнедеятельности почвенной биоты (живущие в почве живые существа, включая микроорганизмы). Распространения различных типов и видов почв на земной поверхности и пространственная структура (строение) почвенного покрова имеют вполне закономерный зонально-географический характер и обусловлены совокупным взаимодействием биоклиматических и литолого-геоморфологических факторов почвообразования. Закономерности географического распространения почв и структуру почвенного покрова изучает специальная научная дисциплина — география почв. Общую картину структуры педосферы в наиболее наглядном и систематизированном виде отражают мировые почвенные карты и карты почвенно-географического районирования.

Почвенные карты служат целям развития науки и человеческого общества, обеспечивая базис для описания и систематизации почв (как природных тел) в биосфере и качественной и количественной оценки важнейших свойств почвы для рационального управления этим важным природным ресурсом. Почвенные карты содержат информацию, которая может быть полезна не только для ученых-почвоведов, но и для региональных управленцев, ландшафтных архитекторов, специалистов по охране окружающей среды, санитарным врачам, работникам сельского хозяйства, лесоводам и другим.

Планетарные функции

Несмотря на малую мощность (толщину) — всего от нескольких сантиметров до полутора-двух метров, — педосфера выполняет множество планетарных функций, имеющих важное экологическое значение для жизни на Земле, прежде всего для живого мира суши, включая и человека с его хозяйственной деятельностью.

Среди множества функций, осуществляемых почвами в различных наземных экосистемах и биосфере в целом наибольшее значение имеют те, которые характеризуют педосферу как уникальную среду проживания и жизнедеятельности живых существ. Уникальность проявляется в том, что будучи тонкой земной оболочкой почвенный покров характеризуется высокой плотностью жизни и большим видовым разнообразием населяющих его живых существ. Действительно, по исследованиям биологов более 92 % генетически различных видов растений и животных, известных на Земле, является сухопутными и живут в или на грунте. В системе почва-растение происходит большой двусторонний процесс аккумуляции и деструкции органического вещества, что обеспечивает восстановление и циклический характер жизни на Земле.

Очень важной и наиболее широко известной функцией почв является их биологическая продуктивность (на сельскохозяйственных землях — плодородие), то есть способность обеспечивать растения элементами питания, влагой, воздухом и теплом и тем самым воспроизводить жизнь растений, давать урожай. Использование основательного плодородия дает человеку более 98 % всех продуктов питания и большое количество разнообразного сырья для промышленного производства. Поэтому на протяжении всей истории человечества борьба за плодородие почвы всегда была на одном из первых мест.

Источник

Химия педосферы. Процессы формирования химического состава газообразной, жидкой и твердой фаз почвы. Основные геосферные функции почвы

Введение

Почва — уникальная природная система. Главным свойством почвы является неразрывная связь входящих в нее живых и неживых (косных) компонентов. Их искусственное разделение делает невозможным существование почвы и полностью разрушает ее как систему. В.И. Вернадский удачно назвал почву «биокосным телом».

Состав почвы весьма сложен. В ней имеется не только твердая фаза, но также жидкая (почвенный раствор) и газовая (почвенный воздух). Твердая фаза представляет собой полидисперсную систему, в которой присутствуют относительно крупные обломки размером более 0,01 мм и высокодисперсные частицы размером менее 1 мкм. Компоненты разной крупности различаются механическими и физико-химическими свойствами. Минеральная часть очень разнородна и помимо обломков минералов исходных горных пород представлена также различными почвенно-гипергенными новообразованиями. Почва состоит не только из минеральных, но и из органических соединений. Главное своеобразие почвы в том, что среди ее разнородных компонентов есть живые организмы.

Почва образуется и функционирует как система при сочетании взаимообусловленной жизнедеятельности разных групп организмов. Среди них организмы, осуществляющие фотосинтетическое продуцирование органического вещества (высшие растения); организмы, обеспечивающие деструкцию ежегодно отмирающих органов растений (почвенная мезофауна и животные); организмы, производящие глубокую трансформацию продуктов деструкции, вплоть до их полной минерализации с выделением СО₂ и образованием специфических органических соединений почвы (микроорганизмы).

Обеспечение фотосинтезирующих организмов элементами почвенного питания связано с двумя важнейшими компонентами почвы. Первым из них является мертвое органическое вещество, из которого в результате жизнедеятельности мезофауны и микроорганизмов постепенно выделяются элементы, аккумулированные фотосинтетиками и необходимые для их воспроизводства. Благодаря взаимодействию фотосинтетиков и гетеротрофных организмов происходит циклическая миграция элементов в системе растительность — органическая часть почвы. Второй компонент почвы, являющийся источником доступных форм химических элементов Для высших растений, — дисперсные минеральные частицы, которые благодаря огромной поверхности в единице объема содержат значительное количество сорбированных химических элементов.

Эти элементы не могут вымываться фильтрующимися через почву атмосферными осадками, но легко поглощаются корнями растений. Высокодисперсное минеральное вещество играет ответственную роль в механизме биологического круговорота элементов.

Весьма важное значение имеет микроморфология почв. Агрегированность почвенных частиц способствует сохранению и регулированию поступления воды и элементов питания в высшие растения. Система межагрегатных пустот и пор способствует свободному газообмену между почвой и приземным слоем тропосферы, выделению газообразных продуктов почвообразования, в первую очередь СО₂.

Образование педосферы и освоение Мировой суши живым веществом повлекло за собой изменение его количества и структуры, а также всей динамики глобальных биогеохимических процессов. Биокосная система почвы сложилась как оптимальный природный механизм обеспечения жизнедеятельности фотосинтезирующих растений, создающих основу функционирования биоценозов — первичное органическое вещество. В дальнейшем благодаря разнообразным взаимосвязанным биогеохимическим процессам в почве стало осуществляться взаимодействие всех факторов и компонентов, образующих конкретную биогеосистему (ландшафт). Это взаимодействие происходит путем непрерывной циклической миграции масс химических элементов.

Распространившись на всю поверхность Мировой суши, педосфера приобрела значение главного звена и регулятора глобальных циклических процессов массообмена химических элементов. Педосфера в равной мере связана массообменном элементов с земной корой, живым веществом и атмосферой. В педосфере происходит мобилизация химических элементов, вовлекаемых в водную миграцию и затем выносимых в океан. С поверхности педосферы захватываются мелкие почвенные частицы, формирующие континентальные аэрозоли, частично выносимые за пределы суши. В то же время на поверхность педосферы поступают атмосферные осадки, переносящие химические элементы, в том числе выделенные с поверхности океана. И главное — в педосфере начинается и заканчивается грандиозный кругооборот химических элементов: педосфера — растительность Мировой суши. Все перечисленные процессы являются в основе биогеохимическими. Современные данные позволяют рассматривать педосферу как планетарный механизм, который благодаря сложной системе взаимообусловленных процессов регулирует биосферные циклы массообмена химических элементов

1. Химия педосферы

Химический состав педосферы весьма неоднороден. Относительное содержание большей части химических элементов в почвах разных районов может различаться в сотни и тысячи раз. Эта закономерность, обнаруженная Р. Митчеллом (1955) на первых этапах изучения рассеянных элементов в почвах, имеет фундаментальное значение для биогеохимии педосферы. Наименьшие вариации свойственны лишь некоторым макроэлементам, например кремнию и алюминию, относительное содержание которых в педосфере меняется в п раз.

В связи со столь сильной вариабельностью концентраций большое значение приобретает статистическая обработка аналитических данных. Имеющийся опыт показал, что нормальное и логнормальное распределение аналитических данных часто нарушается некоторым количеством проб с относительно высокой концентрацией. Это вызывает завышение среднего арифметического; среднее геометрическое значительно ниже. Объективное представление об уровне концентрации элемента в почве конкретной территории дают модальные (наиболее часто встречающиеся) значения и их среднеквадратические отклонения.

Среди многих факторов, влияющих на значения модальных концентраций рассеянных элементов в почве, главным является содержание высокодисперсных минералов (фракция частиц ’’’ ; Fe’»; Са»; Mg», которые особенно широко распространены в почве.

Почвенные коллоиды играют большую роль в развитии почвы, оказывают цементирующее воздействие, скрепляя песчаные, пылеватые и иловатые частицы. Поэтому чем богаче представлены в почве коллоиды, тем прочнее почвенные агрегаты и почва меньше распыляется при механической обработке.

Под обменной поглотительной способностью почвы понимают ее способность задерживать в своем составе минеральные и органические соединения, находящиеся в растворенном состоянии. Поглотительная способность почвы проявляется прежде всего по отношению к электролитам, находящимся в почвенном растворе. Ионы притягиваются к почвенным частицам под воздействием сил натяжения. Одновременно они вступают в обменные реакции с ионами, находящимися на поверхности почвенных коллоидальных частиц. В результате этих обменных реакций изменяется состав как почвенного раствора, так и самих почвенных частиц. Так в почве происходит избирательное накопление различных веществ.

Чтобы понять механизм поглотительной способности почвы, рассмотрим строение отдельной коллоидальной частицы почвы (мицеллы). В пределах мицеллы (рис. 51) выделяют: 1) ядро — агрегат молекул аморфного или кристаллического вещества; 2) внутренний слой потенциал определяющих ионов; 3) неподвижный слой компенсирующих ионов; 4) диффузный слой ионов, в который входят поглощаемые ионы из раствора и замещают ионы с противоположным зарядом.

Для примера рассмотрим поглощающий комплекс черноземной почвы. В коллоидальной части черноземов содержатся в большом количестве катионы Са» и Mg». При введении в эту почву раствора КС1 начинается замещение этих катионов по правилу эквивалентности. Таким образом ионы Са» и Mg» вытесняются из диффузного слоя и образуют растворимые соли (рис. 52).

Изучение поглотительной способности почв помогло объяснить многие ее особенности: плодородие, причины засоления и др., а также наметить пути улучшения почв, разработать систему удобрений.

В твердом виде вода практически не оказывает влияния на почвообразовательный процесс.

Парообразная влага накапливается в почве за счет испарения и ее движение зависит от упругости пара и теплового расширения почвенного воздуха, составной частью которого она является. В отличие от нее гигроскопическая влага накапливается в почве за счет сил молекулярного притяжения твердых почвенных частиц. Эти формы воды для растений не доступны.

Форма жидкой воды в почве различна. Пленочная вода окружает почвенные частицы и удерживается силами молекулярного притяжения. Это подвижная форма воды, но растениями она почти неусвояема (рис. 53). Наибольшее значение для развития почвообразовательных процессов и питания растений имеет гравитационная и капиллярная вода.

Гравитационная вода движется между структурными отдельностями сверху вниз под влиянием силы тяжести и во многом зависит от механического состава и структурности почвы. Капиллярная вода заполняет поры внутри структурных отдельностей и удерживается капиллярными силами. Она передвигается в почве во всех направлениях и относится к числу усвояемой растениями.

Названные виды почвенной воды определяют естественное увлажнение почвы. Влаге принадлежит важная роль в почвообразовании, так как она обусловливает движение растворенных минеральных веществ, развитие микробиологических процессов, выветривание минералов.

Химические и физико-химические свойства почв в значительной мере определяются агрегатным состоянием, химическим составом системы, размером твердых частичек почвы. При рассмотрении физико-химических свойств особое значение приобретают жидкая фаза (почвенный раствор) и продукты взаимодействия жидкой и твердой фаз почвы.

Растворы представляют собой однородные системы, состоящие из двух или нескольких компонентов и продуктов их взаимодействия, равномерно распределенных друг в друге. Система — тело или группа тел, изучаемых изолированно. Фаза — физически однородное тело или совокупность физически однородных (тождественных) тел. Системы могут быть гомогенными, состоящими из одной фазы, например, истинные растворы химических соединений (NаС1 в Н2О), и гетерогенными, состоящими из нескольких фаз, например, пересыщенный раствор поваренной соли, где истинным раствором являетcя NаС1 в воде, т.е. жидкая фаза, а избыток соли — твердая фаза.

Растворы могут быть жидкими, твердыми, газообразными. В почве наибольшее значение имеют жидкие растворы, поэтому более подробно остановимся на них. Растворы составляют дисперсные системы, т.е. такие системы, в которых компоненты равномерно распределены друг в друге.

В дисперсных системах выделяют дисперсную фазу — мелкораздробленное вещество — и дисперсную среду, представляющую собой, как правило, однородное вещество, в котором равномерно распределена дисперсная фаза. В растворах почвы дисперсная среда представлена, как правило, водой, а растворенные в ней вещества — дисперсной фазой. Так, в мутной воде, содержащей глинистые частички (ФГ

Авторские права на материалы принадлежат Всероссийскому Экологическому порталу, за исключением тех, где указан автор или источник. При полном или частичном цитировании всех материалов активная гиперссылка на Всероссийский Экологический портал (ecoportal.su) обязательна.

Мнение редакции может не совпадать с мнением авторов новостных и других материалов, публикуемых на сайте. Сайт, для обеспечения работоспособности, использует файлы cookie. Продолжая пользоваться сайтом, вы соглашаетесь с их использованием.

Все предложения по работе сайта отправляйте на электронный ящик, опубликованный в разделе контакты.

Источник