Почва экологические функции почвы

Экологические функции почв

Экологические функции почв в биосфере базируются на следующих основополагающих ее качествах. Во-первых, почва служит средой обитания и физической опорой для огромного числа организмов; во-вторых, почва является необходимым, незаменимым звеном и регулятором биогеохимических циклов, практически круговороты всех биогенов осуществляются через почву.

Главная функция почвы — это обеспечение жизни на Земле. Это определяется тем, что именно в почве концентрируются необходимые организмам биогенные элементы в доступных им формах химических соединений. Кроме того, почва обладает способностью аккумулировать необходимый для жизнедеятельности продуцентов биогеоценозов запасы воды, также в доступной им форме, равномерно обеспечивая их водой в течение всего периода вегетации. Наконец, почва служит оптимальной средой для укоренения наземных растений, обитания многочисленных беспозвоночных и позвоночных животных, разнообразных микроорганизмов. Собственно эта функция и определяет понятие «плодородие почв».

Вторая функция почв заключается в регулировании всех потоков вещества в биосфере. Все биогеохимические циклы элементов, включая циклы таких важнейших биогенов, как углерод, азот, кислород, фосфор, а также циклы воды осуществляются именно через почвы при ее регулирующем участии в качестве аккумулятора биогенных элементов. Почва — это связующее звено и регулирующий механизм в системах биологической и геологической циркуляции элементов.

Третья функция почвы — регулирование состава атмосферы и гидросферы. Атмосферная функция почвы осуществляется вследствие ее высокой пористости (40-60%) и плотной заселенности организмами, благодаря чему идет постоянный газообмен между почвой и атмосферой. Почва постоянно поставляет в атмосферу различные газы, в том числе и «парниковые» — СО2, СН4, а также множество так называемых «микрогазов». Одновременно почва поглощает кислород из атмосферы. Таким образом, в системе «почва — атмосфера» именно почва является генератором одних газов и «стоком» для других.

В сухопутной ветви глобального круговорота воды почва избирательно отдает в поверхностный и подземный сток растворимые в воде химические вещества, определяя тем самым гидрохимическую обстановку в водах и прибрежной части океана.

Четвертой важнейшей функцией почвы является накопление в поверхностной части коры выветривания, в почвенных горизонтах описанного выше специфического органического вещества — гумуса и связанной с ним химической энергии.

Пятая функция заключается в ее защитной роли по отношению к литосфере. Почва защищает литосферу от воздействия экзогенных факторов, регулируя процессы денудации суши.

Наконец, еще одна, шестая функция почвы — это генерирование и сохранение биологического разнообразия. Почва, являясь средой обитания для огромного числа организмов, ограничивает жизнедеятельность одних и стимулирует активность других. Чрезвычайно большое разнообразие почвенных свойств по кислотности, щелочности, засоленности или отсутствию солей; окислительная или восстановительная обстановка-все это создает огромные возможности жизнедеятельности различных организмов. По отношению к человеку почва имеет еще одну специфическую функцию, являясь главным средством сельскохозяйственного производства и местом поселения людей.

Источник

Экологические функции почв

Почва является центральным звеном во взаимодействии геологического и биологического круговоротов вещества в биогеосфере, служит средой обитания живых организмов, обеспечивает преобразование и утилизацию отходов жизнедеятельности растений и животных. Биоразнообразие населения суши в значительной степени определяется разнообразием почв и их экологических функций. Использование в земледелии экологических функций почвы — основа благосостояния человека, основа его существования. Появление экологических функций — первый признак рождения почв. Экологическая роль почв в биосфере и жизни человека незаменима.

Современное почвоведение рассматривает почву не только как особое природное тело, обладающее плодородием, но и как полифункциональную природную систему, воздействующую на состав и режим атмосферного воздуха, грунтовых и поверхностных вод, на весь растительный и животный мир земной суши. Разнообразные функции почв подразделяются на экосистемные (биогеоценотические) и глобально-биосферные.

Среди многочисленных функций почв выделяются также функции физические, химические, биологические, физико-химические, информационные, целостные [76].

Глобальные функции почвенного покрова проявляются в его воздействии на атмосферу, гидросферу, литосферу и в целом на биосферу Земли.

Совокупность экосистемных и биосферных функций почв играет незаменимую экологическую роль в сохранении воспроизводства жизни на планете Земля.

Среди многочисленных экологических функций почв особо важное значение имеет функция почвы как уникальной среды обитания и эволюции огромного разнообразия форм жизни. По данным генетиков 92% всех известных видов животных и растений обитают в почве или на почве [74]. Это объясняется гетерогенностью строения и состава почвы — в ней одновременно находятся вода, воздух, твердые вещества, элементы минерального и органического питания животных, растений и микроорганизмов. В каждом грамме почвы могут одновременно жить миллиарды микроорганизмов, сотни тысяч мелких беспозвоночных животных, бесчисленное количество тончайших корешков и корневых волосков растений, общая длина которых достигает многих километров. Почва буквально пронизана жизнью и поэтому получила название «биокосного» природного тела (В.И. Вернадский).

Об уникальности почвы как среды обитания жизни говорит огромный суммарный объем сухой массы растительности земной суши. Он равен 2420 млрд т. А биомасса океана составляет всего 3,2 млрд т, т. е. около 0,1% всей биомассы Земли, несмотря на несоизмеримую величину водной массы океана по сравнению с тонкой почвенной оболочкой суши, вмещающей корневую систему растительности и доставляющей ей элементы питания.

С этими данными непосредственно связана вторая важнейшая функция почвы — ее биологическая продуктивность. Ежегодная биологическая продуктивность фитомассы зеленой суши оценивается в 171,54 млрд т и также во много раз превышает биологическую продуктивность океана [16]. Географические закономерности продуктивности фитомассы на почвах разных природных зон хорошо иллюстрируются данными на рисунке. Биологическая продуктивность почв, используемых в земледелии, обеспечивает около 77% всей массы продовольствия, получаемой человечеством, а с учетом продукции пастбищного животноводства — еще 16%, т.е. всего — 93% [24].

Третьей важнейшей экологической функцией почв является их роль связующего звена между биологическим и геологическим круговоротом веществ на земной суше.

Аккумулируя в своем составе биофильные химические элементы (азот, фосфор, калий, микроэлементы) почвенный покров суши совместно с ее растительным покровом используют эти элементы в биологическом круговороте в системе почва-растение и удерживают их тем самым от выноса с поверхностным и речным стоком с территории суши в океан. По геохимическим данным суммарный мировой геохимический сток с суши в океан составляет 2,7 млрд т, а объем удерживаемых в биологическом круговороте веществ — 10–11 млрд т, т.е. в четыре раза больше. По словам А.Е. Ферсмана «кларки почв и кларки живого вещества очень близки… Мы должны признать, что средний состав живого вещества… ближе всего следует кларкам почвенного покрова» [257].

В условиях нарастающего антропогенного загрязнения почв и ландшафтов очень важное значение приобретает функция почв по устойчивости их к загрязнению и способности к самоочищению. М.А. Глазовская разработала схематическую карту районирования территории СССР по вероятной интенсивности самоочищения и устойчивости против техногенного загрязнения [49]. На картосхеме видно, например, что продукты нефтедобычи на севере Сибири могут сохраняться существенно дольше по сравнению с южными районами России.

Почвенный покров мира выполняет глобальные функции взаимодействия с гидросферой, атмосферой, литосферой и биосферой Земли, а значит, влияет и на условия жизни человека.

Несмотря на то, что на поверхность земной суши выпадает всего пятая часть мирового количества осадков, почвенный покров Земли играет существенную роль в водном балансе Земли, формировании состава грунтовых, озерных, речных и даже морских вод. Выпадающие на поверхность почв атмосферные осадки просачиваются вглубь толщи почвы, вступают в химические реакции с минеральными и органическими компонентами почвы, с почвообитающими животными, микроорганизмами и корневыми системами растений. В результате этих реакций часть поступившей в почвы атмосферной влаги преобразуется в почвенные растворы, обогащаясь минеральными и органическими веществами почвы, в грунтовые воды, стекает поверхностным стоком в речные системы и далее с суши в Мировой океан.

По словам В.И. Вернадского «мы обычно не учитываем и не представляем себе то огромное значение, которое имеет в жизни и химических реакциях океана почвенный покров нашей суши. Почва и морская вода химически и генетически связаны» [32]. Такова глобальная гидрологическая функция почв по преобразованию атмосферной влаги на ее пути с суши в океан.

Не менее существенное значение имеет и глобальная функция взаимодействия почвенного покрова Земли с ее атмосферой. По новейшим данным почвоведов и микробиологов, важнейшим источником содержания диоксида углерода в атмосфере является так называемое «дыхание» почвы, т.е. взаимообмен почвенным воздухом с приземными слоями атмосферы. Эмиссия CO₂ из почвенного покрова России составляет 2,74 млрд т в год, что почти в пять раз больше индустриальных выбросов двуокиси углерода на её территории.

Не менее значима в экологическом плане эмиссия почвой закиси азота, метана из заболоченных почв, а также из оттаивающих толщ вечных мерзлых грунтов.

Все более очевидным становится влияние биогеохимических почвенных процессов на гипергенез верхних слоев литосферы. Древние континентальные коры выветривания все чаще рассматриваются как результат воздействия почвообразовательных процессов на поверхностные слои горных пород [70 175, 181].

Даже краткое рассмотренное разнообразие экологических функций почв и в целом почвенного покрова Земли позволяет утверждать, что сохранение и разумное использование этой тончайшей оболочки земной суши — её педосферы — является необходимым условием сложившегося функционирования биосферы и дальнейшего развития человеческой цивилизации.

Г. В. Добровольский

• Районирование по вероятной интенсивности самоочищения от твердых, жидких и газообразных продуктов техногенеза, масштаб 1:60 000 000

Источник

Экологические функции почвы

Почва (почвенный покров) выполняет многообразные экологические функции. Их можно объединить в три группы. Первая —экологические функции почвы как среды обитания высших растений, микроорганизмов и многочисленной почвенной фауны.

Почва для живых организмов является жилищем, источником элементов питания (для многих и воды) и энергии. Эти функции почвы обусловлены ее физическими, физико-химическими свойствами, химическим составом и определяются показателями и параметрами ее состава и свойств.

Уровень плодородия

Они подробно были рассмотрены во втором разделе учебника и конкретно охарактеризованы при описании природных зон.

Интегральным показателем оценки этой группы экологических функций почвы является уровень ее плодородия. В обобщенном виде данная группа экологических функций представлена в таблице 66.

Вторая группа экологических функций почвы связана с процессами миграции и аккумуляции веществ в сопряженных ландшафтах и отдельных их участках в соответствии с рельефом местности.

Эта группа функций, с одной стороны, определяется составом и свойствами конкретной почвы, т. е. первой группой ее экологических функций, а с другой — литолого-геоморфологичес-кими условиями, характеризующими ее как компонент сопряженных ландшафтов.

Для одних условий рельефа (водоразделы, холмы, бугры, увалы и т. п.) характерны элювиальные процессы, т. е. процессы выноса веществ под влиянием нисходящих токов воды.

Для других (склоновые формы рельефа) наряду с выносом веществ свойственны процессы транспортировки их в виде жидкого и твердого стока и для третьих (речные долины, приозерные котловины, водоемы и т. п.) характерна аккумуляция веществ, приносимых с водораздельных и склоновых территорий.

Эта общая закономерность миграции и аккумуляции веществ в ландшафтах определяет понятие геохимического ландшафта — территории, включающей в себя водораздельные участки, склоны и местные депрессии.

В пределах такого единого геохимического ландшафта выделяют элементарные геохимические ландшафты (ЭГЛ), т. е. участки с преобладанием определенной качественной направленности процессов миграции и аккумуляции веществ: преобладание выноса (элювиальных процессов), транспортировки (транзита) мигрирующих веществ и господства процессов их аккумуляции.

Основные элементарные геохимические ландшафты

1. Элювиальные ЭГЛ — участки, занимающие повышенное положение, занятые преимущественно зональными почвами; в условиях влажного климата преобладает промывной водный режим. Привнос веществ в почву возможен только за счет атмосферной пыли и осадков, биологического круговорота и антропогенного воздействия (внесение удобрений, мелиорантов, пестицидов и т.д.).
2. Транзитные ЭГЛ— склоновые формы рельефа, для которых характерен перенос (транзит) мигрирующих веществ вместе с внутрипочвенным и поверхностным стоками. Они могут подразделяться на трансэлювиальные ЭГЛ- верхние части склонов, где наряду с транзитом веществ еще отчетливо выражены элювиальные процессы, и трансаккумулятивные ЭГЛ— нижние части склонов, где наблюдается затухание поверхностного и внутрипочвен-ного переносов веществ и проявляется их аккумуляция.
3. Аккумулятивные ЭГЛ— поймы рек, приозерные котловины, долины, водоемы. Здесь аккумулируется большая часть веществ, мигрирующих с водораздельных и склоновых территорий.

Аккумулятивные ландшафты подразделяют на:

• субаквальные (гидроморфные) — поймы, долины, котловины и т. д.;
• акваль-ные — водоемы.

Принципиальная схема распределения ЭГЛ по мезорельефу представлена на рисунке 21.

На пути миграции вещества могут прекращать свое движение и накапливаться в профиле исходной почвы (почвообразующей породе) или другой почвы сопряженного ландшафта.

Такие изменения в превращении веществ при их миграции могут быть обусловлены различными причинами:

• поглощением живыми организмами,
• изменением физико-химических условий среды (реакции, ОВ-состояния, сорбционных свойств почвогрунтовой толщи),
• химического состава пород и растворов,
• физических условий миграции.

Аккумуляция веществ

Зоны почвенно-грунтовой толщи, в которых происходит резкое изменение интенсивности миграции веществ и, как следствие, их аккумуляция, называют геохимическими барьерами.

В зависимости от природы явлений, вызывающих аккумуляцию веществ на геохимических барьерах, различают три их типа (по Перельману).

Биологические барьеры

Биологические барьеры, обусловленные поглощением организмами и гумусовыми веществами различных элементов. Яркой формой проявления биогеохимических барьеров является избирательное поглощение биофильных элементов растениями.

Физико-химические барьеры

Физико-химические барьеры выявляются в зависимости отглавного фактора, обусловливающего аккумуляцию мигрирующихвеществ. Они подразделяются на следующие классы: окислительный, восстановительный, сульфидный и карбонатный, щелочной, кислотный, испарительный, адсорбционный и термодинамический.

Примером аккумуляции веществ на окислительном барьере является формирование железистых и железомарганцевых горизонтов на контактах глеевых вод с водами, обогащенными кислородом, или при их поступлении в хорошо аэрируемые горизонты.

В местах смены кислых вод щелочными (щелочной барьер) происходит накопление помимо Са и Mg многих тяжелых металлов (Ni, Pb, Cd, Zn, Cr и др.).

С испарительным барьером, возникающим на участках сильного испарения почвенно-грунтовых вод, связано осаждение солей многих элементов (Са, Na, Mg, CI, Sr, Zn, Pb и др.).

Адсорбционные барьеры обусловлены появлением на путях миграции участков (горизонтов, слоев), обогащенных веществами с повышенной сорбционной способностью (монтмориллонито-вые глины, торф, глинистые прослойки в песках и т. д.).

Термодинамические барьеры обусловлены возникновением на участках резкого изменения температуры или давления, с которыми тесно связан газовый режим вод. С действием этого барьера связано, в частности, широко распространенное накопление карбонатов кальция при перемещении растворов Са(НС0₃)2 из холодных слоев в теплые с выпадением при этом СаС0₃ в результате потери С0₂.

Механические барьеры

Механические барьеры — обусловлены изменением скорости движения вод (или воздуха), что, в свою очередь, связано с плотностью сложения, пористостью и факторами, их определяющими (гранулометрический состав, структура и др.).

В природных условиях выпадение веществ (элементов) очень часто связано с возникновением на пути движения растворов не одного, а нескольких геохимических барьеров.

В этом случае такие комплексные барьеры называют по совокупности совмещающихся барьеров (кислородно-термодинамический, сорбционно-окислительный и т. д.).

Третья группа экологических функций почвы (почвенного покрова) объединена в понятие «глобальные (общепланетарные) функции». Почвенный покров тесно взаимосвязан с основными сферами Земли — литосферой, атмосферой, гидросферой и биосферой.

При этом он оказывает огромное влияние на их состав, свойства и функционирование. Это влияние и определяет чрезвычайно важные общепланетарные функции почвенного покрова.

Они обобщены в таблице 67, из которой видно, как велика роль почвенного покрова в жизни нашей планеты, в поддержании сложившегося равновесия между сферами земного шара, столь необходимого для существования человека и вообще жизни во всех формах ее проявления.

Источник