Почва как память биогеоценоза

Ecolog Natural

Экология и природопользование

Информационные функции почвы

С позиций информационного подхода почва может рассматриваться как «память» биогеоценоза (экосистемы, ландшафта); фактор регуляции численности, состава и структуры биоценоза; сигнал для сезонных и других биологических процессов.

Согласно концепции В.О. Таргульяна и И.А. Соколова, почвенное тело состоит из почвы-памяти — комплекса устойчивых свойств и признаков, возникающих в ходе всей истории ее развития, и почвы-момента — совокупности наиболее изменчивых процессов и свойств почвы в момент наблюдения. Из всех компонентов экосистемы почва обладает наиболее выраженной способностью к отражению факторов географической среды и записывает, хранит в генетическом профиле наиьолее количество информации. Таким образом, благодаря почве-памяти проиходит накопление и хранение информации о длительных отрезках развития географической среды, а с помощью почвы-момента происходит быстрое отражение сиюминутных изменений этой среды.

Но в то же время, периодические преобразования генетического профиля приводят не только к определенной утрате имеющейся информации, но и затрудняют ее расшифровку. Трудность расшифровки информации сильно осложняется тем, что законы ее наложения, усиления и стирания исследованы пока недостаточно.

Сформировавшись как многокомпонентные сложно организованные системы в течение длительных отрезков времени, большинство почв оказывает активное влияние на формирование состава и структуры современных наземных биоценозов.

В пределах любого типа биоценоза с корнями каждого вида растений связаны специфические комплексы почвообитающих организмов: грибы микоризы, ризосферные бактерии, фитофаги — нематоды, насекомые и пр. Эта приуроченность к корневым системам почвенных организмов особенно ярко проявляется в условиях, где корни локализуются на участках почвы с наибольшим содержанием влаги. В результате во многих случаях проявляется резкая неоднородность распространения почвообитающих животных, причем не только мелких, но и крупных. Отмечается также связь расселения почвенных беспозвоночных с отдельными свойствами почвы.

Влияние почвы на состав биоценозов известно давно. Важной формой его проявления оказывается воздействие почвы на развитие попадающих в нее семян. Из массы семян, как правило, прорастает лишь небольшая часть, что в значительной мере зависит от водо-воздушного, температурного и пищевого режимов почвы, рН, содержания и соотношения в ней метаболитов.

Способность почвы оказывать регулирующее действие на состав и структуру биоценозов приобретает все большее значение при решении практических задач восстановления нарушенного растительного покрова уничтоженных биоценозов. Например, почвы районов, где дуб произрастал сравнительно недавно, являются более перспективными для проведение работ для восстановления дубрав, поскольку они (при прочих равных условиях) будут более благоприятно влиять на формирование оптимальной структуры и состава дубравных биоценозов в связи с лучшей сохранностью у этих почв их функционально-регуляторных свойств, формировавшихся на определенном этапе под влиянием дубовых лесов.

Эффективность функции сигнала для сезонных и других биологических процессов во многом обусловлена эволюционно возникшими адаптациями наземных живых организмов к динамике почвенной среды. Так, в условиях холодного и умеренного климата температура почв оказывается важнейшим фактором весеннего «включения» процессов сезонной активности и вегетации растений.

Говоря о температурном режиме почв как о факторе, регулирующем сезонное развитие, следует подчеркнуть, что он определяется многими составляющими: теплоемкостью и теплопроводностью почв, запасами тепла (холода), влажностью, температурой воздуха, потоком радиации и отражающей способностью почвы, интенсивностью излучения в ночные часы и др. Данные параметры во многом определяются основными свойствами почв. Так, в зависимости от механического состава теплоемкость почвы может различаться в 5 раз, а в зависимости от влажности — в 15 раз. Почва в летнее время года, как правило, холоднее воздуха.

Существенно также затухание изменений температуры почвы с глубиной. Например, на болотах наблюдается следующий ход температуры: суточные колебания отчетливо обнаруживаются на глубине 15 — 25 см, годовые до глубины 3 — 3,5 метра. Таким образом, температура почвы как фактор регуляции сезонных биологических процессов может быть особенно важно для организмов, обитающих на небольших глубинах.

Не менее существенна роль других почвенных факторов, регулирующих сезонное развитие и активность живых организмов, связанных с почвой. Так, хорошо известно, что в районах недостаточного увлажнения смена фаз развития многих растений в годовом цикле определяется прежде всего динамикой водного режима почв. Примером влияния годовой динамики пищевого режима почв на сезонные изменения в развитии биоценозов могут служить колебания численности микроорганизмов почвы в зависимости от поступления в нее растительного опада.

Другие статьи по теме

Разработка эколого-экономической модели выбора оптимальной системы управления обращением с отходами
Жизнедеятельность человека связана с появлением огромного количества разнообразных отходов. Резкий рост потребления в последние десятилетия во всем мире привел к существенному увеличению объ .

Экологические проблемы Аральского моря и пути их решения
Истощение вод следует понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных во .

Свойства и классификация почв
Почва — один из важнейших элементов экологической системы Земли. Наряду с солнечным светом, водой, температурой окружающей среды она — компонент внешней среды жизнедеятельности человека. Буд .

Источник

Почва как память биогеоценоза

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. 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».

1. 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, СО_2, 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).

1. 4.Общебиосферные функции почв
2. 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

«Память» биогеоценоза (ландшафта)

В последние годы у почвы выделяют еще одну фундамен­тальную информационную функцию — функцию «памяти». Так, Д. Л. Арманд (1975) считает, что почва является памятью ландшафта.

Д. И. Берманд и С. С. Трофимов (1974) рассматривают поч­ву как память, в которой зафиксирована программа возмож­ностей функционирования связанных с почвой биоценозов, так как процессы и свойства почвы представляют, по их мнению, механизм, возникший в результате адаптации биоценозов к ок­ружающей среде.

Интересна концепция В. О. Таргульяна и И. А. Соколова (1975, 1978) о двуединой природе почвы, согласно которой поч­венное тело состоит из почвы-памяти — комплекса устойчи­вых свойств и признаков, возникающих в ходе всей истории ее развития, и почвы-момента — совокупности наиболее изменчи­вых процессов и свойств почвы в момент наблюдения.

Авторы отмечают, что из всех компонентов ландшафта (био­геоценоза, экосистемы) почва обладает наиболее выраженной способностью к отражению факторов географической среды и записывает, хранит в своем генетическом профиле наибольшее количество информации. Эта способность связана прежде всего с двуединой природой почвы. Благодаря почве-памяти происхо­дит накопление и хранение информации о длительных отрезках развития географической среды. С помощью же почвы-момента происходит быстрое отражение сиюминутных изменений этой среды. В. О. Таргульян и И. А. Соколов (1978) обращают вни­мание на то, что «почвенная память» ландшафта существенно отличается от биологической («генной памяти») биоценоза. Это связано прежде всего с тем, что почва полностью зависит ют условий среды и в отличие от живых организмов не может «мигрировать вслед за факторами среды».

В концепции почвы-памяти и почвы-момента важное место занимают вопросы скорости, полноты отражения профилем из­менений ландшафтов. Их анализ (Таргульян, Соколов, 1978) показал, что различные свойства и компоненты почвы отража­ют факторы и процессы почвообразования с разной скоростью. Поэтому удобно пользоваться понятием «характерное время» (Арманд, Таргульян, 1974). Под характерным временем какого- либо природного объекта или его отдельных компонентов пони­мается время, которое необходимо для того, чтобы данный объект и его составляющие, развивающиеся под влиянием оп­ределенных факторов среды, пришли в равновесие с этими факторами.

Характерное время почвенного профиля в целом иное, чем у отдельных его компонентов. Так, на образование зрелого поч­венного профиля требуются сотни, тысячи и десятки тысяч лет, в то время как характерное время у отдельных составляющих почвы оказывается намного меньше. Например, у влажности, температуры оно может составлять часы, сутки; у почвенных растворов — сутки, месяцы; почвенного поглощающего комп­лекса — месяцы, годы; горизонтов Ао и солевых горизонтов — годы, десятки лет и т. д. ■ ■

В. О. Таргульян и И. А. Соколов (1978) обращают внима­ние на то, что, с одной стороны, почва отражает среду, «запи­сывая, запоминая, кодируя» в генетическом профиле инфор­мацию о факторах почвообразования; с другой стороны, почва, отражая среду, стремится превратиться в продукт, равновесный с данной комбинацией факторов почвообразования. В ходе это­го максимально полное отражение среды почвой наступает тогда, когда все почвенные свойства реализовали свои харак­терные времена (полный климакс почв [1] ); при этом под полно­той отражения среды почвой понимается степень приближения почвы к полному климаксному состоянию (Таргульян, Соколов, 1978).

Следует отметить, что приобретение почвой новой информа­ции нередко сопровождается потерей уже имеющейся. Напри­мер, в позднеплейстоцен-голоценовое время на Русской и Запад­но-Сибирской равнинах происходила неоднократная смена при­родных условий, обусловившая формирование сложных поли- генетических профилей с богатой информацией о различных стадиях развития природного комплекса. Однако в результате трансформации почв в соответствии с изменившимися условия­ми среды многие профили стали утрачивать часть информации о ней. Наиболее ярким примером этого может служить дегра­дация реликтовых гумусовых горизонтов в почвах юга лесной зоны, особенно в пределах Русской равнины.

Такие периодические преобразования генетического профиля приводят не только к определенной утрате имеющейся инфор­мации, но и затрудняют ее расшифровку. Поэтому почва не яв­ляется адекватным отражением факторов и процессов почвооб­разования, а расшифровка накопленной информации оказыва­ется весьма сложной процедурой, которую, по образному выра­жению В. О. Таргульяна и И. А. Соколова, «можно сравнить с чтением книги, в которой на одних и тех же страницах писа­ли многие авторы, каждый писал о своем, но все они допол­няли, исправляли и частично зачеркивали друг друга; страни­цы этой книги перепутаны, а часть их утеряна» *. Сложность расшифровки информации, содержащейся в почвенном профи­ле, сильно осложняется тем, что законы ее наложения, усиле­ния и стирания исследованы пока явно недостаточно.

Источник