Участие почвы в формировании речного стока и водного баланса
Данная гидрологическая функция почвы имеет многоплановое проявление и определяется рядом факторов, среди которых первостепенное значение имеют водно-физические свойства почвы.
Теоретическое обобщение зависимости элементов водного баланса от водно-физических свойств почв было осуществлено М.И. Львовичем (1974, 1986). Им были выявлены случаи, когда инфильтрационная и водоудерживающая способность почв изменялись параллельно (одновременно возрастают или уменьшаются). При малых значениях фильтрационных и водоудерживающих показателей основная масса осадков расходуется на поверхностный сток; питание подземных вод очень слабое, а испарение с поверхности почв отсутствует или незначительно. Полный речной сток почти равен величине атмосферных осадков, в период между паводками реки сильно пересыхают, поскольку питание за счёт подземных вод оказывается незначительным. При больших значениях фильтрационных и водоудерживающих показателей почв величины и соотношения элементов водного баланса сильно изменяются. Поверхностный сток уменьшается, испарение увеличивается за счёт образовавшихся ресурсов почвенной влаги, питание рек подземными водами возрастает.
Более широко в природе распространено иное соотношение основных водно-физических свойств почв: при увеличении инфильтрационных показателей почв происходит уменьшение их водоудерживающей способности. В этом случае поверхностный сток резко уменьшается, а подземный, напротив, сильно возрастает. Испарение достигает максимума при средних значениях водно-физических свойств почв и мало при их крайних значениях. Полный речной сток измеряется наоборот: он снижается до минимума при средних значениях водно-физических свойств почв и возрастает при крайних значениях. Указанные изменения водного баланса рассмотрены для вариантов с одинаковыми атмосферными осадками.
Первый тип зависимости наблюдается в основном при улучшении структуры почвы и одновременном увеличении её водопрочности, что характерно для суглинистых и глинистых почв; второй тип зависимости может быть при увеличении размерности частиц, когда инфильтрационная способность почвы растёт, а водоудерживающая падает. Такое явление отмечается у лёгких по гран-составу почв (по Назарову, 1981, 1990). Выявлены существенные различия в поверхностном стоке в случае почв разных генетических типов.
Следует, однако, помнить, что не всегда можно экстраполировать выводы, полученные в условиях опыта, на реальные почвы. Так, вывод о хорошей водопроницаемости типичных чернозёмов приложим лишь к их слабоизменённым разновидностям. В зависимости от конкретных свойств почв структура стока может существенно изменяться. Так, в лесной зоне на суглинистых почвах поверхностный сток больше, чем на песчаных: на лугу в 2,5 раза, в лесу почти в 20 раз.
Почва принимает непосредственное участие в формировании водного баланса Земли. По М.И. Львовичу, основные элементы водного баланса таковы (%) – осадки над Мировым океаном – 79,2, осадки над сушей – 20,8, испарение с поверхности Мирового океана – 86,2, испарение с поверхности суши – 13,8, речной сток – 7,0. Общее количество осадков за длительный период равно суммарному испарению и составляет в среднем 525 тыс. км в год, причём почвенное звено в значительной степени определят процессы испарения с поверхности суши. Возобновление запасов в почвенном звене происходит достаточно быстро – в течение года. В критические периоды в жизни растений эти запасы – единственный доступный источник влаги (Будыко, 1977).
Почва в значительной мере определяет и баланс подземных вод: инфильтрационные, седиментационные (зоны морских осадков), возрождённые (термодинамические зоны) и магматические (Киссин И.Г.).
Следует отметить, что оптимизация водного баланса оказывается одной из сложнейших проблем, поскольку положительные эффекты от каких-либо мероприятий нередко сопряжены с побочными нежелательными последствиями. Особое место среди приёмов оптимизации водного баланса занимает сохранение естественной растительности, прежде всего лесов. Ещё несколько сотен лет назад общая площадь лесов достигала 7200 млн га, а в середине нашего века она не более 4100 млн га. При увеличении лесопокрытия водосборов рек на 10% средний годовой слой стока с них возрастает на 10-15 см.
Почва как фактор биопродуктивности водоёмов (за счёт приносимых почвенных соединений)
Эта функция является логическим следствием воздействия почвенного покрова на химический состав поверхностных и грунтовых вод, питающих реки, а через них и другие акватории, в том числе моря и океаны. В результате привноса почвенных соединений водоёмы получают большие количества биофильных макро- и микроэлементов, а также гумуса. Пример: воды Невы приносят в Балтийское море ежегодно около 2 млн т органического вещества (В.В. Пономарёва, 1964).
Ежегодный ионный речной сток в Мировой океан, формирующийся при существенном участии почвенных соединений. Составляет около 3,1 на 10 в 9-й степени, что примерно равно 63% от годового поступления в океан. По подсчётам Б.Б. Полынова (1956) до 95% кальция, 50% магния, 30% калия, мобилизованных в почвах и корах выветривания при разрушинии первичных пород, извлекаются из растворов при их попадании в моря и океаны, причём это извлечение происходит главным образом при участии организмов. Кроме того, активно извлекается кремний, фосфор и другие элементы.
Громадные массы морских животных строят свои скелеты, раковины и панцири из углекислого кальция. Из их отложений слагаются субаквальные толщи. Не случайно именно в зоне контакта морских и речных вод, наблюдаются зоны наиболее высокой биологической продуктивности акваторий. На суше же, ландшафтами наиболее высокой продуктивности оказываются «земноводные» поймы, где частично перехватываются соединения, поступившие с водораздельных почв на пути их миграции в моря и океаны. В умеренном поясе на заливных лугах объём биологического круговорота элементов может составлять величину, превышающую 1000 кг/га (Добровольский, 1968). Речные долины отличаются не только большим потоком элементов, проходящих через фитоценоз, но и их значительной миграцией в зооценозах пойменных экосистем.
В условиях слабо измененных человеческой деятельностью регионов большая часть веществ, растворённых в водах, поступила в водоёмы из природных геохимических потоков и формы этих соединений сформировались в результате естественных процессов.
Современные же почвы регионов интенсивного антропогенного воздействия стали во многих случаях иначе или даже принципиально по-другому влиять на продукционный процесс в водоёмах. Если в доиндустриальный период почвы выступали как фактор положительного воздействия на продуктивный процесс в аквасистемах, то в техногенный этап развития общества ситуация изменилась. Соединения, поступающие в водоёмы из почв, в первую очередь освоенных, стали весьма часто негативно воздействовать на биологическую продуктивность гидросферы. Главная причина этого – загрязнение водоёмов вследствие техногенного и сельскохозяйственного загрязнения почв.
Среди наиболее негативных последствий данного процесса – упрощение структуры биологической продукции и снижение видового состава обитателей водоёмов при их значительном загрязнении агрохимикатами, вынесенными из почвы.
Источник
Почва как фактор биопродуктивности водоемов
Проблема экологических функций почв представляется как синтез двух важнейших категорий почвенных функций – биогеоценотические (экосистемные) и глобальные (биосферные).
Почвенное звено во взаимоотношении геосфер Земли является одним из центральных, поскольку появляется все больше доказательств исключительного значения почвы в нормальном функционировании поверхностных оболочек Земли.
- 1.Гидросферные функции почв
1). Участие почвы в формировании речного стока и водного баланса.
- В зависимости от фильтрационной и водоудерживающей способности почв изменяется соотношение поверхностного и подземного стоков. Если эти показатели малы, то полный речной сток почти равен атмосферным осадкам и состоит из поверхностных вод, а питание подземными водами слабое. И наоборот.
- В зависимости от генетического типа почв изменяется поверхностный сток (минимум на черноземах, т. к. у них наибольшая водопроницаемость)
- От почвы зависит, какая часть атмосферных осадков поступит с водоразделов реки в виде поверхностного стока, а какая – в виде грунтового, что в значительной степени определяет равномерность питания рек.
2). Трансформация атмосферных осадков в почвенно-грунтовые и грунтовые воды
Грунтовые воды – подземные воды, расположенные ниже почвенной толщи и дренируемые реками.
Почвенно-грунтовые – если зеркало таких вод постоянно или временно располагается в пределах почвенного профиля.
v Изменение химического состава вод при прохождении А.О. через почвенный профиль
v Изменение газового состава А.О., так как окисление органики (расход О2 и выделение СО2) в итоге обогащение растворами карбонатов
v Обогащение А.О. химическими соединениями почв в зависимости от типа почв.
3). Почва как фактор биопродуктивности водоемов.
В результате привноса почвенных соединений водоемы получают большое количество биофильных элементов и гумуса – эвтрофирование.
4). Почвенный защитный барьер акваторий
Почвы благодаря своей огромной активной поверхности в состоянии поглощать многие вредные соединения на пути их миграции в водные экосистемы, а также снижать избыточное количество биофильных элементов.
НО! Возможности сорбционной функции почв не беспредельны – они снижаются возросшими антропогенными «нагрузками».
- 2.Атмосферные свойства почв
1) Почва как фактор формирования и эволюции газового состава атмосферы
v Опосредованное влияние – функционирование наземных биоценозов (которые контролируют многие параметры атмосферы – содержание О2, СО2, микрогазов и др.) зависит от свойств почв.
v Прямое – газообмен между почвой и воздушной оболочкой (В. И. Вернадский говорил: «газы биосферы те же, которые создаются при газовом обмене живых организмов»).
2) Почва – регулятор газового состава современной атмосферы
Существенное воздействие почвы на газовый состав атмосферы обусловлено также сильным различием их газовой фазы. Хотя почвенный воздух и отличается по составу в десятки и сотни раз от атмосферного; происходит высокоскоростной взаимообмен с ним.
3) Почва – источник и приемник твердого вещества и микроорганизмов атмосферы
Двустороннее движение твердого вещества и микроорганизмов в системе почва – атмосфера (они попадают в воздушную оболочку с почвенной поверхности, а спустя некоторое время вновь возвращаются на нее, переместившись на большое расстояние) обусловлено потоками воздушных масс значительной силы, способных отрывать мелкозем.
4) Влияние почвы на энергетический обмен и влагооборот атмосферы
Воздействие почвы на тепловой режим атмосферы определяется поглощением и отражением почвенной солнечной радиации (динамика тепла и влаги в нижних слоях атмосферы).
Почва способствует увеличению общего количества водяного пара, поступающего в атмосферу и, посредством местного круговорота, выравнивает процесс водообеспечения ландшафтов.
3. Литосферные функции почв
1) Почва – защитный слой и фактор развития литосферы
Почвенно-растительный чехол защищает поверхность литосферы от мощного фронтального эрозионного воздействия текучих вод (в его отсутствие произошло бы). Почва уравновешивает процессы развития литосферы (эндо- и экзогенные факторы ее эволюции, внутренние и внешние источники энергии литосферы).
2) Биохимическое преобразование приповерхностной части литосферы
v Косвенная роль – без почвы (а она основная среда обитания организмов суши) активное биохимическое изменение литосферы было бы невозможно
v Непосредственное участие – почва – поставщик органических кислот, которые разлагают первичные минералы; продукты жизнедеятельности м/о мобилизуют химические элементы, законсервированные в кристаллических решетках (пример: микробиологическая деструкция минералов на ранних стадиях почвообразования).
3) Почва – источник вещества для формирования пород и полезных ископаемых
Исходное накопление органогенного материала на поверхности Земли и последующая его трансформация в более глубоких слоях приводит к образованию органогенных полезных ископаемых – торфов, углей, нефти находящихся в тесной связи с почвообразованием и выветриванием находится формирование минеральных полезных ископаемых.
4) Передача аккумулятивной солнечной энергии и вещества атмосферы в недра Земли.
Почва участвует в передаче вещества атмосферы в недра Земли (в процессе почвообразования происходит поглощение газов, которые в составе почвенных соединений поступают в осадочные породы).
- 4.Общебиосферные функции почв
- Почва как среда обитания для организмов суши
v Биомасса живого вещества много больше биомассы океана
v Почвенная среда обитания – аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши
2) Роль почвенного покрова в дифференциации географической оболочки и биосферы
v Характер почвенного покрова определяет обособление зон, хотя основной фактор формирования географических зон
3) Почва – связующее звено биологического и геологического круговоротов
Биокруговорот направлен на аккумуляцию и удержание элементов на водоразделах, а в геологическом круговороте доминирует одно направление потока вещества – снос на плакорах и накопление в акваториях.
При нарушении почвенного покрова биокруговорот ослабляется, а геологический круговорот усиливается.
4) Почва как фактор биологической эволюции
v Почва – промежуточная среда (м/д водной и воздушной) через которую возможен постепенный переход от водного образа жизни к наземному без резкого изменения организации живого.
Функции почвы в наземных экосистемах
v Источник элементов питания
v Механическая опора растений
v Жизненное пространство, жилище и убежище
v Депо семян и других зачатков
v Почвенный мелкозем сорбирует м/о (больше те почвы, у которых более тяжелый мех. состав и более высокое содержание гумуса)
v Функция стимулятора и ингибитора биохимических и других процессов (поступающие в почву разнообразные продукты метаболизма растений, м/о и животных могут стимулировать или угнетать жизнедеятельность живых организмов).
Информационные функции почв
v Память биогеоценоза (ландшафта)
Почва является отражением изменения окружающей среды, так как она полностью зависит от условий среды
v Функция сигнала для сезонных и других биологических процессов
Параметры почвы – тепловой, водный, пищевой, солевой режимы – изменяются периодически. Определяет «включение» различных процессов.
Санитарная функция (переработка ежегодно попадающих отходов жизнедеятельности организмов, растительного опада, посмертных останков животных).
Источник