Экология почв наука. Экология почвы

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. История развития экологии почв

До недавнего времени понятие экология почв в качестве самостоятельного научного раздела со своим объектом, предметом, методами, понятийным аппаратом, теоретическими положениями, законами, т. е. всеми атрибутами самостоятельной науки, не имело какого-либо распространения. Все проблемы и вопросы, относящиеся к экологии почв, были размыты в рамках разделов почвоведения - генезиса почв и географии почв. Более того, до сих пор некоторые ученые считают некорректным словосочетание экология почв, поскольку экология в классическом первоначальном смысле - это наука о взаимоотношениях организма со средой их обитания, и почва, по их мнению, выступает именно в роли последней.

Экология почв как самостоятельная теоретическая наука в настоящее время находится в стадии становления, хотя истоки ее можно отнести к концу XIX - началу XX века.

Уже в работах В. В. Докучаева прослеживается постановка тех проблем и вопросов, которые имеют непосредственное отношение к экологии почв.

Прежде всего, введенное В. В. Докучаевым понятие естественноисторического тела, каковым является почва, стало основным, базисным понятием широкого класса естественноисторических (биосферных) наук. "Являясь элементарным (далее неразложимым без потери качества), оно стало исходным моментом, всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее систем, тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук".

В. В. Докучаев также в разное время подчеркивал, что необходимо овладевать почвой и управлять ею с целью чисто практической; что для этого надо, прежде всего, решить вопрос о закономерных соотношениях между характером и распределением почв и факторами-почвообразователями, причем следует иметь в виду всю единую, цельную и нераздельную природу, а не отрывочные ее части; что необходимо изучать соотношения, генетическую вековечную и закономерную связь, которая существует между мертвой и живой природой, между растениями, животными и минеральными царствами, а также человеком, причем ядром учения об этих соотношениях - между живой и мертвой природой, между человеком и остальным миром, как органическим, так и минеральным, должно быть почвоведение. Л. И. Прасолов был первым, кто ввел термин экология почв (используя его как синоним термина педоэкология) и предложил выделить экологию почв в самостоятельный раздел почвоведения наряду с генезисом и географией почв. Он рассматривал ее как учение об отношении почв к окружающим их условиям. Основным вопросом этого учения, считал он, должно быть выяснение причинной зависимости свойств почв. Предложенное Л. И. Прасоловым понятие экология почв и обоснование необходимости выделения экологии почв в самостоятельный раздел почвоведения не имели сначала отклика у почвоведов и ученых сопредельных наук, хотя отдельные вопросы, относящиеся к экологии почв, как ее понимал Л. И. Прасолов, рассматривались. В первой половине 60-х годов появилась первая, специально посвященная этой проблеме монография В. Р. Волобуева "Экология почв" , за которой затем последовали другие, развивающие разные аспекты экологии почв: "Система почв мира" и "Введение в энергетику почвообразования".

В этих работах, как и в первой своей монографии "Почвы и климат", В. Р. Волобуев обосновывал самостоятельность экологии почв как учения о закономерных соотношениях между почвой и средой ее формирования или "как отрасли почвоведения, специально посвященной выявлению и характеристике закономерных соотношений между почвой и почвообразователями - горной породой, организмами, климатом и рельефом". Несомненно, предметом экологии почв являются и те соотношения между почвой и средой, которые возникают при разного рода воздействиях на почву производственной деятельности человека.

В. Р. Волобуев очень много сделал для развития этого направления в почвоведении. Им предложены и обоснованы основные положения и методы экологии почв, на основе которых выявлены и описаны закономерности в системе фактор почвообразования - почвы, в том числе наиболее детально - в системе климат - почвы. В. Р. Волобуевым разработана гидротермическая система связи почв с климатом, выделены термо- и гидроряды с определенными градациями тепла и увлажненности, дано термодинамическое обоснование соотношений почва - растение - климат, а также разработано новое направление в рамках учения об экологии почв - "Энергетика почвообразования". На основе своих разработок В. Р. Волобуевым была создана классификация почв мира.

Близки к идеям В. Р. Волобуева взгляды Э. Эвальда , который считал, что экология почв должна рассматриваться как раздел, равноправный с учением о генезисе почв, основной задачей которого должна быть разработка моделей потоков вещества и энергии между современными почвами и их средой.

Однако даже вышедшие фундаментальные работы В. Р. Волобуева и большое количество работ других исследователей, освещавших разные аспекты взаимоотношений почвы с окружающей средой, не привели к признанию экологии почв в качестве самостоятельного раздела почвоведения.

И. А. Соколов рассматривает экологию почв, как раздел почвоведения, занимающийся изучением закономерностей, действующих в системе почва - факторы. Как и В. Р. Волобуев, И. А. Соколов сделал очень много для развития этого направления, рассматривая его как самостоятельный раздел теоретического генетического почвоведения. Он показал, что термин экология почв правомочен, раздел экология почв равноправен с такими разделами почвоведения, как генезис и география почв, а объект и предмет этой области знаний специфичен.

В отличие от учения о генезисе экология почв не занимается познанием механизмов формирования почвенных свойств. В отличие от географии почв она изучает распределение почв не в реальном географическом пространстве, а в абстрактном многомерном координатном пространстве, где в качестве координат может выступать любое сочетание факторов почвообразования или отдельных их характеристик.

Таким образом, с одной стороны, экологию почв рассматривают как раздел теоретического генетического почвоведения, равноправный с другими его разделами - генезисом почв и географией почв, составляющими теоретическую основу почвоведения, с другой, почва представляет собой природную экологическую систему, подчиняется общим законам функционирования природных систем любого иерархического уровня и, следовательно, экология почв должна быть разделом экологии.

2. Состав почвы

Основа почвы - почвенные минералы составляют 80-90% веса. Они, как правило, содержат почти всю таблицу Менделеева, но в форме не доступной растениям. Мельчайшие частицы или хлопья минералов образуют глинистые почвы, более крупные - суглинки, еще более крупные - супеси и пески. Самые мелкие частицы, образующие глинистые минералы, имеют форму хлопьев, поэтому их суммарная поверхность огромна, и они способны удерживать на своей поверхности ионы элементов, в доступной для питания растений форме. Некоторые почвенные микроорганизмы при достатке влаги и тепла способны растворять сами минеральные частицы, делая доступными для растений химические элементы, связанные в них. Глина - потенциально плодородная почва. Ее называют "практически неисчерпаемые глинистые минералы". Другая составляющая часть почвы - органическое вещество, причем наиболее ценная его часть - гумус - мельчайшие волокнистые (коллоидные) частицы органики, имеющие еще большую поверхность и еще лучше удерживающие ионы элементов, в доступной для питания растений форме. Гумус является хранилищем основных элементов питания. Мелкие глинистые и гумусные частицы образуют соединения глино-гумусного комплекса, удерживающего питательные вещества. Поэтому так важно добавлять в компостную кучу немного суглинка. Третья составляющая почвы - ее живой компонент - сообщество разных почвенных микроорганизмов - бактерий, грибов, инфузорий, амеб, водорослей, микроскопических червей и др. Их биомасса в верхнем 25 см слое почвы может достигать 1,0-1,5 кг/кв.метр почвы и более. Почвенным микроорганизмам принадлежит основная роль в формировании плодородия почвы. Большую часть микроорганизмов составляют бактерии.

3. Особенности легкой почвы

Легкие песчаные почвы легко промываются, растворимые питательные вещества вместе с водой уходят на большую глубину и утрачиваются для растений. Поэтому на таких почвах обычно не хватает калия, магния, микроэлементов. Но вносить удобрения в песчаные почвы следует не осенью, а весной (основная заправка) и летом (в виде подкормок), но во вдвое меньшей дозе, чем на глинистых почвах. Такие почвы быстро пересыхают, зато хорошо аэрированы. Органические удобрения на песчаных почвах быстро перепревают (минерализуются), поэтому их надо вносить больше и чаще.

Песчаные почвы менее пригодны для садоводства, чем суглинистые. Для улучшения связности песчаных почв кроме навоза вносят торф, компост. Если есть возможность, проводят глинование - поверхностное внесение глины, суглинка. При посадке садов в посадочных ямах плодовых деревьев очень эффективно делать 2-3 экрана из компостов глины с навозом слоем 2 4 см через каждые 20 см.

4. Тяжелая почва и застойные воды

Если в тяжелых глинистых почвах мало органики, они очень плохо пропускают воду. В них может накапливаться избыток углекислоты, и хотя углекислота растворяет некоторые минералы, избыток ее вредит растениям.

Если имеются плохо проницаемые слои почвы на глубине, то даже небольшие понижения на поверхности почвы могут вызвать застой воды в почве. То же самое происходит при наличии близкого уровня грунтовых вод. Застойные воды вытесняют воздух их почвы, в результате происходит закисание почвы, что выражается в появлении синих пятен с повышенным содержанием вредных для растений веществ. Полезные почвенные микроорганизмы угнетаются, развивается вредная анаэробная микрофлора. Но если сад расположен на склоне и вода медленно двигается по слоям почвы, то отрицательных последствий не возникает.

Обязательная перекопка под зиму, рыхление и систематическое внесение органики - навоза, торфа, компоста, а для кислых почв внесение извести улучшает проницаемость и структуру глинистых почв.

5. Структурность почвы

Богатая микроорганизмами почва склеивается минеральными и органическими коллоидными частицами в мелкие комочки, которые неплотно прилегают друг к другу, что позволяет воздуху проникать вглубь почвы, а воде не задерживаться на поверхности и смачивать почву. Богатая гумусом глина рассыпается на мелкие комочки. Ходы микроскопических и дождевых червей, полости отмерших корней растений также улучшают аэрацию и проницаемость почвы.

Внесение извести в тяжелую глинистую кислую почву тоже улучшает ее проницаемость и структуру.

6. Почвенные микроорганизмы

Одни почвенные микроорганизмы разлагают внесенную в почву органику, способствуют образованию гумуса, делают доступными для растений питательные вещества, другие связывают атмосферный азот, синтезируют органические соединения, следующие переводят эти соединения в формы доступные растениям. Почвенные микроорганизмы переводят фосфор в растворимое состояние, даже разлагают минералы, и в первую очередь практически неисчерпаемые глинистые минералы, доставляя растениям всю таблицу Менделеева. Некоторые растения неспособны нормально развиваться без определенной микрофлоры. В результате жизнедеятельности полезных почвенных микроорганизмов почва становится структурной, рассыпчатой.

Срок жизни бактерий и иных почвенных микроорганизмов может быть очень короток - от дней до нескольких часов. Если есть питание, тепло и влажно - они очень быстро размножаются, и очень быстро отмирают, если "корм" закончился. Но их биомасса и продукты жизнедеятельности составляют тот самый "питательный бульон" для растений, в который входят не только простые соединения для питания растений, но и аминокислоты, витамины, ауксины, антибиотики и многие другие питательные вещества, и стимуляторы роста растений.

Большинству полезных почвенных микроорганизмов наиболее благоприятна слабокислая и нейтральная реакция почвы pH 6,5-7,0 при наличии влаги, воздуха и тепла в диапазоне приблизительно 15-30°C. Для питания почвенных микроорганизмов необходима органика. Есть два пути поступления органики в почву - корневые выделения растений с послеуборочными остатками и внесение органики в почву извне, в виде компоста, навоза, сидеритов и т.п.

7. Корневые выделения

Растения не остаются в долгу перед микроорганизмами - живые растения кормят почвенные микроорганизмы своими корневыми выделениями, а не только отмирающими послеуборочными остатками, хотя корни тоже составляют около трети массы растения. В состав корневых выделений входят органические кислоты, сахара, аминокислоты и многое другое. Сильное растение обильно кормит почвенные микроорганизмы, при этом происходит массовое размножение ризосферной (корневой) полезной микрофлоры. Причем растения стимулируют развитие преимущественно такой микрофлоры, которая питает растения, вырабатывает стимуляторы роста растений, подавляет вредную растениям микрофлору.

8. Кислотность почвы

экология почва минерал микроорганизм закисление

Углекислый газ выделяется корнями живых растений при дыхании, а также при распаде органики. Вместе с водой он образует угольную кислоту, которая растворяет соединения кальция и магния, и с дождевыми водами они постепенно вымываются из верхнего слоя почвы в более глубокие слои и почва закисляется. Некоторые минеральные удобрения тоже могут подкислять почву (физиологическая кислотность).

Как правило, отклонения кислотности почвы от нейтральной или слабокислой связаны с нарушением (или приводят к нарушению) баланса питательных веществ доступных растению и угнетению полезной почвенной микрофлоры. Поэтому так важно следить за кислотностью почвы.

Для нейтрализации кислотности почвы рекомендуется вносить в почву древесную золу и доломитовую муку - это молотый доломитовый известняк - минерал богатый соединениями кальция и магния, раскисляющими почву и необходимыми для питания растениям. Большинство огородных растений и полезных почвенных микроорганизмов хорошо развиваются при кислотности почвы pH=6,5-7,0 - слабокислой или нейтральной реакции почвы).

Торф, торфянистая почва - это органические субстанции, которые законсервировались без доступа воздуха, поэтому не смогли пройти процесс разложения и являются относительно стабильным органическим материалом. Торф - превосходная мульча, хорошо защищает почву от солнечных лучей, помогает сохранить ее влажность. Даже на легких почвах торф помогает удерживать влагу, способствуя структурированию почвы, сохранению гумуса. Торф используют в качестве разрыхлителя при освоении тяжелых почв, улучшающего их структуру. Однако сам торф удобрением не является и удобрений заменить не может, так как он беден по составу, очень медленно разлагается и очень медленно интегрируется с почвой и к тому же он кислый.

Из-за своих свойств торф очень широко используется для приготовления почвенных смесей в комнатном и декоративном цветоводстве. В огородничестве торф используют при выращивании рассады для приготовления почвосмесей, изготовления торфяных горшочков и в качестве мульчи.

Используемая литература

1. Карпачевский Л. О. Экологическое почвоведение. М., 1998.

2. Кылли Р. К. Педоэкологический анализ фитопродуктивности, биогеохимических потоков веществ и гумусного состояния в естественных и культурных экосистемах: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. Новосибирск, 1988.

3. Ляпунов А. А., Титлянова А. А. Системный подход к изучению круговорота вещества и потока энергии в биогеоценозах // О некоторых вопросах кодирования и передачи информации в управляющих системах живой природы. Новосибирск, 1971.

4. Прасолов Л. И. Генезис, география и картография почв. М., 1978.

5. Реймерс Н. Ф., Яблоков А. В. Словарь терминов и понятий, связанных с охраной живой природы. М., 1982.

6. Соболев Ф. С. Почвообразовательный процесс и этапы развития растительности // Почвоведение. 1954. N 1.

7. Соколов И. А. Теоретические проблемы генетического почвоведения. Новосибирск, 1993.

8. Титов И. А. Взаимодействие растительных сообществ и условий среды. М., 1952.

9. Тюрюканов А. Н., Федоров В. М. Н. В. Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья. М., 1996.

10. Чирита С.В. Экопедология. Бухарест, 1966.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Микробиологическая диагностика и индикация почв. Влияние пестицидов на почвенные микроорганизмы и обеззараживание почвы. Минеральные удобрения как фактор воздействия на видовой состав почвенных микроорганизмов. Загрязнение почв тяжелыми металлами.

курсовая работа , добавлен 08.05.2012

Понятие почвы, ее структура. Основные причины загрязнения почв: неорганические отходы, радиоактивные вещества, засоление пестицидами. Анализ основных источников загрязнения почв: жилые дома и бытовые предприятия, транспорт, промышленные предприятия.

презентация , добавлен 14.05.2012

Методы оценки загрязнения почв в объективном представлении о состояние почвы. Оценка опасности загрязнения почв. Биотестирование как наиболее целесообразный метод определения интегральной токсичности почвы. Биодиагностика техногенного загрязнения почв.

реферат , добавлен 13.04.2008

Особенности почвы как объекта химического исследования и показатели химического состояния почв. Подготовка проб почвы с исследуемых участков. Составление аналитической пробы. Определение молибдена в вытяжках из почв, в растворах золы кормов и растений.

презентация , добавлен 01.06.2014

Понятие и структура почвы. Источники ее загрязнения. Виды загрязняющих природную среду веществ. Характеристики основных загрязнителей. Методы их контроля Исследование почв территории поселка по содержанию в них кислотности, железа, нитратов и кальция.

курсовая работа , добавлен 27.02.2014

Исходные теоретические концепции экологии. Структура и эволюция биосферы. Экология популяций и сообществ. Среды жизни человека и формы его адаптации к ним. Проблема роста народонаселения. Глобальные последствия загрязнения атмосферы. Охрана почв и земель.

учебное пособие , добавлен 14.02.2013

Понятие и морфологические свойства почв. Основы почвенной классификации. Биогеноценотические функции почвы в наземных экосистемах, обусловленные ее физическими, физико-химическими и химическими свойствами. Информационные и целостные функции почвы.

курсовая работа , добавлен 08.03.2012

Нарушение равновесного состояния почвы: загрязнение и изменение ее состава. Рекультивация малоплодородных земель. Восстановление почв после промышленных разработок. Достоинства и недостатки различных способов утилизации отходов - опыт развитых стран.

реферат , добавлен 14.07.2009

История промышленного развития и геоэкологическое описание поселка Рудная Пристань. Особенности использования географических информационных систем в экологии. Забор проб и проведение химического анализа для выявления свинца. Загрязнение свинцом почвы.

дипломная работа , добавлен 05.10.2013

Влияние нефти и нефтепродуктов на окружающую природную среду. Компоненты нефти и их действие. Нефтяное загрязнение почв. Способы рекультивации нефтезагрязненных почв и грунтов с применением методов биоремедиации. Характеристика улучшенных методов.

В пособии излагаются основы экологического почвоведения, цель которого – выявление особенностей почвы как среды обитания живых организмов, рассматриваются экологические функции почвы и изменчивость ее основных морфологических, физических, химических и микробиологических свойств под воздействием природных и антропогенных факторов. В последнем разделе раскрыты основы почвенного экологического мониторинга.

* * *

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Экологическое почвоведение (И. Н. Волкова, 2013) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .

2. Учение об экологических функциях почв

2.1. Становление и сущность учения об экофункциях почвы

По мнению Г. В. Добровольского, изучение функций почв в биоценозах и геосферах является фундаментальной проблемой почвоведения и началось задолго до того, как было сформулировано учение об экологических функциях.

Уже во времена существования древних цивилизаций Египта, Китая, Индии, Месопотамии много знали о важнейших свойствах почвы, что помогало успешно вести хозяйство и правильно понимать особую роль земли в жизни природы и общества. В философских системах древности почва рассматривалась как одна из природных стихий (наряду с огнем, водой и воздухом) и являлась одним из непременных условий бытия. Почва, отнесенная к первоосновам жизни, неизбежно поэтизировалась и обожествлялась, у разных народов появлялись культы богов Земли (греческая богиня плодородия Деметра, у египтян – Изида, у вавилонян – Инанна, у славян – бог Ярило). Несмотря на ограниченность и эмпирический характер представлений о почве, интуитивным и опытным путем были правильно определены наиболее характерные почвенные свойства: высокая изменчивость в пространстве и времени, чувствительность почвы к воздействию земледельца, отзывчивость растений на почвенное плодородие. Эти представления, отличавшиеся целостным философско-экологическим восприятием почвы и природы в целом, отразились в главных земледельческих трактатах античности (Теофраст, Катон, Колумелла) .

Средние века не дали новых сведений о почве; в Западной Европе к ХIII в. после длительного забвения была обобщена античная в��.�� п��о��с��л��е�� земледельческая литература, продолжалось накопление эмпирических агрономических знаний. Благодаря развитию химии, появляются попытки объяснить почвенное плодородие, закладывается аналитический подход к изучению почвы.

Только в эпоху Возрождения (ХIV–ХVI в.) началось изучение отдельных почвенных свойств, в различных науках происходило обособление разделов, изучающих почвы под тем или иным углом зрения: ее изучают химики (агрономическая химия), биологи (физиология питания растений), геологи (агрогеология), экономисты (сельскохозяйственная статистика). Вплоть до второй половины ХIХ в. шло неуклонное расширение экспериментальных знаний о почве. Однако изучение почвы в рамках различных наук и сохранение прикладного сельскохозяйственного подхода неизбежно порождало разобщенность понятий, однобокость и противоречивость суждений, а также их очевидную утилитарность.

Становление почвоведения как науки связано с именем великого русского ученого Василия Васильевича Докучаева, которому удалось разрешить глубокие противоречия в изучении почвы. Он указал на невозможность рассматривать почву как объект геологический или агрономический, а выделил ее как особое естественноисторическое тело со своими законами развития и обосновал необходимость новой самостоятельной науки. Благодаря работам В. В. Докучаева и его учеников к началу ХХ в. было создано первое обобщающее учение о почве (факторное почвоведение), началось планомерное изучение почвенного покрова России, стали читаться специальные курсы почвоведения, была создана национальная почвенная школа. Почвоведение постепенно приобрело статус фундаментальной науки о Земле с достаточно сложной структурой, оно вобрало в себя многочисленные смежные науки, появились морфология, физика, химия, биология, география почв и различные прикладные направления почвоведения. После своего становления почвоведение, особенно учение о природной зональности, оказало значительное влияние на развитие ряда естественных наук: физическую географию, геоботанику и зоогеографию, лесоведение, геологию, геохимию. Почвовед Б. Б. Полынов основал новое научное направление – геохимию ландшафта, оказавшее огромное влияние на понимание вопросов взаимодействия и взаимовлияния почвы, ландшафта и литосферы. В. И. Вернадский, являясь учеником В. В. Докучаева, развил и внедрил в естествознание целостный динамический подход, характерный для докучаевской научной школы. Целостное рассмотрение природы во всех ее взаимосвязях в значительной мере способствовало разработке биосферной концепции В. И. Вернадского, и именно ему принадлежат первые прямые высказывания о глобальном значении почвы на Земле (гидрологическом и общебиосферном), уже тогда кристаллизуются основы учения об экологических функциях почвы.

Однако для оформления учения об экологических функциях почв в отдельное научное направление потребовалось еще около полувека. В 1986 г. вышла работа Г. В. Добровольского и Е. Д. Никитина «Экологические функции почв», в которой впервые были названы функции почв в экосистемах и геосферах. Работа имела революционное значение для развития почвоведения и вызвала многочисленные дискуссии в научной среде. Исходя из многозначности понятия «функция», следует определиться с тем, какой смысл в него заложили авторы: явление, зависящее и изменяющееся под влиянием другого явления; работа, производимая органом, организмом; роль, значение чего-либо. Прямое указание на понимание термина «функция почвы» Г. В. Добровольский и Е. Д. Никитин дают в учебнике «Экология почв»: это роль и значение почв и почвенных процессов в жизни экосистем и геосфер, их сохранении и эволюции .

Уже из общего определения исходных понятий очевиден многоаспектный и динамичный характер проблем, рассматриваемых учением об экологических функциях почв. Его главный стержень – разнообразие форм участия почвы в функционировании и динамике биоценозов и геосфер Земли. Казалось бы, что традиционное определение почвы, данное В. В. Докучаевым, является функциональным: «Почва – это те дневные или близкие к ним горизонты горных пород (все равно каких), которые были более или менее естественно изменены взаимным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов – живых и мертвых, что и сказывается известным образом на составе, структуре и цвете таких образований». В определении подчеркнуто взаимодействие, предполагающее наличие прямой и обратной связи между почвой и факторами, ее образующими. Однако за более чем столетнюю историю почвоведения основная часть исследований состояла в изучении прямого влияния факторов на почву. Обратное ответное действие самой почвы на компоненты среды сколько-нибудь комплексно не исследовалось, работы велись разрозненно и касались в основном роли почв в жизни растений. Поэтому авторы учения делают акцент на исследовании не только прямых взаимодействий (фактор среды – почва), но и обратных (почва – фактор среды). «Исследуя общую экологическую роль почв и различные виды их влияния на атмосферные, гидрологические, биотические и другие компоненты экосистем биосферы, мы тем самым изучаем ответное воздействие самой почвы на факторы почвообразования» .

Однако анализ обратных связей в системе почва – факторы является не единственной задачей учения об экофункциях почвы, не менее важно изучение внутренней жизни и функционирования почвенных систем в их взаимодействии со всеми звеньями природных комплексов. Из постановки данной проблемы выросла вторая неотъемлемая часть учения – функции почв в наземных экосистемах (биогеоценозах). Классификация биогеоценотических функций почв разработана Е. Д. Никитиным и развивалась в работах Л. О. Карпачевского , С. В. Зона и др.

Синтез двух частей, составляющих проблему экологических функций почв, – биоценотических и глобальных и разработка их классификации придали проблеме статус фундаментальной, а ее разработка была оценена ведущими почвоведами как создание учения об экологических функциях почвы, которое продолжает развиваться в силу комплексности и сложности задач, стоящих перед ним. Анализ взаимодействия почв с геосферами Земли и выяснение роли каждой оболочки в общем благополучии планеты показали, что почвенное звено в данном взаимодействии оказывается одним из центральных, так как появляется все больше доказательств исключительного значения почвы в нормальном функционировании приповерхностных оболочек Земли. Доказано, что без полноценного почвенного покрова было бы невозможно возникновение и существование современной биосферы. По словам В. А. Ковды, почва является ее незаменимым компонентом. По мнению ряда ученых, почва явилась местом зарождения жизни и важнейшим фактором эволюции живых организмов.

Исследования биоценотических и глобальных функций почв имеют принципиальное значение не только для развития науки о почве, но и для создания научно обоснованной системы рационального использования и охраны природных ресурсов. Учение об экологических функциях может помочь в осмыслении информации, накопленной в почвоведении и смежных науках, и в открытии новых процессов и явлений в экосистемах и геосферах.

2.2. Биогеоценотические функции почв

В конце XIX в. Э. Зюсэ выдвинул тезис о существовании нескольких сфер в структуре нашей планеты: бариосфера (ядро планеты), литосфера, гидросфера, биосфера, атмосфера. В 1920-х гг. С. А. Захаров добавил к ним педосферу (греч. pedon – почва) – почвенную оболочку.

Биосфера организована как совокупность экосистем различного масштаба, в то же время она сама является глобальной экосистемой. «Экосистема» – понятие, введенное А. Тенсли в 1935 г. В современном понимании это система, включающая живые организмы и среду их обитания. В отечественной литературе вместо термина «экосистема» чаще употребляют термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г. В. Н. Сукачевым. В зависимости от среды обитания организма принято следующее подразделение экосистем: биогенные (среда обитания – живой организм); органогенные (среда обитания – мертвый органический субстрат); биокосные (среда обитания – абиотический субстрат).

Педосфера является компонентом биосферы и принадлежит к особому классу природных тел – биокосных. К биокосным телам, кроме почвы, относят отложения морского дна, часть гидросферы (моря, реки, пруды озера) и нижнюю часть атмосферы. Впервые весь перечень биогеоценотических функций почвы сформулировали Г. В. Добровольский и Е. Д. Никитин (1986) .

2.2.1. Функции, обусловленные физическими свойствами почв

Жизненное пространство

В качестве жизненного пространства почву использует огромное количество живых организмов, представляющих различные систематические группы.

Подавляющее большинство растений связано с почвой теснейшим образом: они погружены в почву корнями, которые составляют от 20–30 до 90 % фитомассы. В различных природных зонах абсолютное и относительное содержание корней в почве очень различно. Абсолютное содержание корней в тропических лесах более 1000 ц/га, в хвойных и лиственных лесах – 800–950 ц/га, в степях – 250 ц/га, в арктических тундрах – 80, в пустынях – 30 ц/га. Относительное содержание корней рассчитывается как отношение массы корней ко всей фитомассе растений, эта величина достигает максимальных величин в 70–90 % в почвах тундровой и степной зон и существенно влияет на ход почвообразовательных процессов. С помощью корней растения получают из почвы минеральное питание, процесс поглощения минеральных растворов очень сильно зависит от многих физических почвенных свойств: количества и размера почвенных капилляров, порозности, плотности, оструктуренности, гранулометрического состава, влагоемкости и др. Кроме этого, в почве проходят ранние циклы развития растений.

Микроорганизмы (бактерии, в том числе актиномицеты, грибы, водоросли, простейшие) очень активно используют почву в качестве среды обитания. Наиболее многочисленной и разнообразной группой являются бактерии. К концу ХХ в. было описано около 50 родов и 250 видов почвенных бактерий. Особое значение для почвообразования имеют истинные бактерии, актиномицеты и миксобактерии. Их численность в почве огромна и может колебаться в зависимости от условий на несколько порядков, например для бактерий эти величины изменяются в пределах 10 6 – 10 10 кл/г почвы. Особенность микробных сообществ почв – их очаговость или микрозональность. Несмотря на свой космополитизм, микроорганизмы сильно зависят от почвенных условий: количества и качества органического вещества, плотности, порозности, влагоемкости, механического состава. По данным Е. Н. Мишустина, численность микробного населения возрастает с севера на юг и резко увеличивается содержание бацилл и актиномицетов. В том же направлении усиливается биохимическая активность одних и тех же организмов; интенсивнее протекают в почве южных регионов мобилизационные процессы.

Из 22 существующих типов животных 10 типов имеют своих представителей в почве. Из беспозвоночных в почве живут простейшие, плоские, круглые, кольчатые черви, немертины, моллюски, тихоходки, первичнотрахейные, членистоногие. Позвоночные представлены амфибиями, рептилиями, млекопитающими .

Распространенность почвенных животных зависит от биологии вида. Например, почвенные формы среди немертин и полихет встречаются только в тропиках. Моллюски слабо используют почву для постоянного обитания, малочисленны в почве и плоские черви (планарии). Многочисленными обитателями почвы из беспозвоночных являются простейшие, круглые черви, кольчецы и членистоногие. Так, среди круглых червей большое значение имеют нематоды. Из кольчатых в почве широко распространены дождевые черви и энхитреиды, из членистоногих – многоножки разных отрядов. Среди паукообразных в почвах многочисленны клещи, из ракообразных – мокрицы. Подавляющая часть насекомых связана с почвой в какой-либо части своего жизненного цикла, особое значение среди почвенных животных имеют колемболы, а также личинки жуков и двукрылых.

Численность почвообитающих животных очень сильно меняется в соответствии с сезонными и погодными условиями. Большим колебаниям подвержена численность и биомасса дождевых червей, которая может колебаться от 50 до 4000 кг/га. Между численностью и биомассой почвенных беспозвоночных животных часто наблюдаются обратно пропорциональные отношения. Число особей дождевых червей, дающих основной вклад в зоомассу, зачительно уступает по численности более мелким животным (энхитреидам, клещам, ногохвосткам, нематодам). Наиболее обильны в почве простейшие – до 10 6 на 1 м 2 , их популяция может обновляться за один-три дня. У дождевых червей обновление значительно более медленное: в природных условиях живут около двух лет, в лабораторных 8–10 лет.

Почва, благодаря своему сложному многофазному строению и наличию локусов с разными условиями, обеспечивает жизнь самых различных групп животных. При этом наиболее мелкие животные используют, главным образом, водную фазу почвы (коловратки, простейшие), при значительном увлажнении они плавают в порах, заполненных гравитационной водой, как в небольших водоемах и физиологически остаются водными животными; для них наибольшее значение имеет динамика водного, температурного и солевого режимов почв. Для более крупных животных (клещей, ногохвосток, мелких жуков) почва – это система ходов и полостей, для них обитание в почве сходно с жизнью в насыщенных влагой пещерах, поэтому имеет значение порозность почвы, температура, влажность, количество органики. Для дождевых червей, личинок, многоножек почва выступает как субстрат разной степени плотности, в которой приходится прокладывать ходы. Таким образом, для разных размерных групп животных почва выступает как разная среда обитания. Данная гетерогенность почвы свидетельствует о том, что в ней в ограниченном объеме соприкасаются практически все типы экологических ниш .

Жилище и убежище

Почва предохраняет многие живые организмы от колебания температур, защищает от хищников, дает возможность пережить неблагоприятное время года и тем самым выполняет функцию жилища. Эта защитная способность почвы связана с тем, что температура и влажность воздуха в ней подвержены значительно менее резким колебаниям, чем на поверхности. Экстремальные условия среды (слишком низкие или слишком высокие температуры в тундре, пустыне), резкие смены погоды делают эту функцию почвы особенно важной.

Наглядно эта функция проявляется для животных, использующих несколько сред. Например, для грызунов (полевки, суслики, хомяки, бурундуки) характерна добыча пищи на поверхности, а в почве они укрываются от хищников, непогоды, создают пищевые запасы, многие впадают в спячку на неблагоприятный период. При этом пространство, занимаемое их подземными сооружениями, может быть весьма значительным. Так, в лесах при высокой численности кротов площадь их ходов может достигать до 1/3 площади леса. Используют почву в качестве жилища и другие позвоночные животные: барсук, бобер, выдра, лиса, песец, змеи, некоторые птицы. Бобры – обитатели тихих неглубоких речек, озер и болот, но если берега достаточно высоки и грунт прочен, то они предпочитают рыть норы. Не могут обойтись без подземного жилья лиса и песец. Многие животные используют в качестве нор подземные лабиринты, вырытые грызунами: ящерицы (круглоголовка, такырная), змеи (щитомордник), птицы (каменка и пеганка). Многие беспозвоночные активно используют почву не только как жизненное пространство, но и как жилище. Это дождевые черви, особенно во время анабиоза; роющие осы Средней Азии, строящие в почве гнезда на разной глубине. Особенно сложные постройки в почве делают термиты, уходящие в легких грунтах на глубину до 12 м. Использование чужих сооружений в качестве жилища характерно и для беспозвоночных: пауки, мокрицы, блохи, жуки, мухи используют норы сусликов. Блохи, мухи и некоторые жуки там и размножаются, откладывая яйца в помет сусликов.

Опорная функция

В первую очередь эта функция почвы важна для растений – благодаря почве растения сохраняют свое вертикальное положение, противостоят ветровалам и силе тяжести. Главный способ пространственной фиксации растений – закрепление в почве с помощью корней. Многообразие опорных свойств почвы обусловливает разнообразие морфологических особенностей корневых систем растений. На рыхлых песчаных почвах большинство растений имеют хорошо развитый стержневой корень, выполняющий функцию заякоривания.

Изменение опорной функции почв сказывается на вертикальной ориентации растений, в ряде случаев могут влиять на структуру фитоценоза. Так, тиксотропность и текучесть грунта в условиях вечной мерзлоты приводит к появлению различного наклона деревьев в условиях лесотундры («пьяный лес»). На горных склонах в участках интенсивного осыпания грунта опорная функция почвы утрачивается, на осыпях растения практически не могут развиваться.

Опорная функция важна и для ряда животных. Для многих мигрирующих животных важны «дорожные» свойства почвы, эти свойства влияют на выбор конкретных путей миграции многих животных, а также определяют адаптивные изменения органов движения и способов перемещения. Отмечена приуроченность некоторых видов животных к определенным почвам. Так, лось предпочитает селиться вблизи заболоченных участков и хорошо приспособлен к передвижению по ним. Оказалось, что такое предпочтение продиктовано необходимостью борьбы с лосиным оводом, который откладывает личинки в носовой полости лося, вызывая воспаление слизистой. Личинки после определенного периода покидают дыхательные пути и, попадая в болотную воду или на сырую землю, погибают. После предшествовавшего сухого лета оводы бывают особенно многочисленны. Если же болота осушаются, то условия для развития овода становятся особенно благоприятны для овода и гибельны для лося.

Для многих роющих животных, особенно грызунов, важны «строительные» качества почвы – ее способность, не осыпаясь, сохранять целостность построек. Например, суслики в аридных районах предпочитают строить жилища на солонцеватых и солонцовых почвах, так как они обеспечивают сохранность ходов и гнездовых камер.

Хранилище семян и других зачатков

Почва является наиболее универсальным субстратом для хранения различных зачатков жизни: спор, цист, семян, личинок, яиц и т. п. Устойчивое существование и поддержание разнообразия наземных биоценозов было бы невозможно без такого хранилища генетической информации, как почва. Способность почвы сохранять зачатки организмов обусловлена ее многофазностью, многокомпонентностью, наличием в ней локусов и горизонтов, отличающихся по влагообеспеченности, кислотности, содержанию кислорода, органики, в ней не происходит резких изменений температуры и влажности. Низкое содержание кислорода в почвенном воздухе считается одной из предпосылок замедления окислительных процессов и способствует сохранению организмов в состоянии анабиоза. Гетерогенность почвенных свойств и значительная стабильность условий предоставляет самый широкий диапазон возможностей для хранения разнообразных зачатков жизни. Вопрос о длительности сохранения в почве зачатков организмов имеет важное теоретическое и практическое значение.

Семена хранятся в почве годы, десятки, иногда сотни лет, не теряя всхожести , детальная расшифровка механизмов их сохранения еще не проведена. Есть данные, что в почве содержатся ингибиторы, которые продуцируются основными растениями данного фитоценоза. В связи с этим становится ясным быстрое зарастание пожарищ: выгоревшие растения не продуцируют ингибиторов, и сохранившиеся семена прорастают. Длительно хранятся в почве цисты и яйца беспозвоночных, споры папоротникообразных, и особенно – бактерий. Для последних длительность хранения в многолетнемерзлых грунтах составляет сотни лет и даже тысячелетия.

Длительное сохранение зачатков организмов в почве приводит к их накоплению и созданию запаса (пула); по отношению к любым зачаткам организмов почва становится местом хранения (депо). Особенно часто этим термином обозначают пул микроорганизмов. Поскольку микробный пул избыточен и не обеспечен органическим веществом и другими элементами питания, это делает большую часть микроорганизмов почвы малодеятельными или недеятельными (находящимися в состоянии глубокого покоя). Частичное сохранение физиологической активности микробов позволяет им при благоприятных условиях быстро включаться в процессы жизнедеятельности и выполнять свои почвенно-экологические функции. Кроме того, микробный пул обладает огромным видовым разнообразием, по микробному генофонду почва – самый богатый природный субстрат.

2.2.2. Функции, связанные с химическими свойствами почв

Почва как источник и депо питательных веществ и воды

Это одна из функций, изучение которой началось задолго до появления экологии почв.

Огромная роль растений в жизни человека объясняет, почему именно их почвенное питание стало изучаться раньше других организмов (опыты Ван Гельмонта, ХVII в.). К ХIХ в. было установлено, что растения имеют два источника питания – воздушный (двуокись углерода) и почвенный (вода и растворенные в ней минеральные вещества). Корнем поглощаются минеральные соединения почвы в виде ионов, находящиеся в обменном состоянии в составе ППК или из почвенного раствора; часть воды, зольных элементов и азота может поступать через листья. В ионной форме из растворов почвы получают питательные вещества грибы и многие микроорганизмы. Некоторые микроорганизмы могут извлекать ионы непосредственно из горной породы. Гетеротрофные организмы (бактерии, грибы, животные) используют также живую и мертвую органику почвы.

Для понимания сущности процесса почвенного питания следует учитывать специфичность пищевых потребностей различных растений, определяющуюся биологией вида. В естественных экосистемах в ходе длительной эволюции произошла взаимная подгонка почв и поселяющихся на них фитоценозов, приводящая к оптимизации потоков вещества и энергии в биогеоценозах. В агроценозах ситуация кардинально меняется. Отчуждение с урожаем большей доли биомассы и возделывание многих растений на почве, не соответствующей их потребностям, приводит к нарушению сбалансированных природных круговоротов. Следствием являются истощение почв, снижение урожая и необходимость искусственной корректировки питательного режима. Поэтому для эффективного использования сельскохозяйственных угодий необходимы постоянное регулирование почвенного плодородия и оптимизация минерального питания растений, достигаемые внесением удобрений. Из сказанного следует, что почвы естественных ландшафтов и сельхозугодий крайне неравнозначны как источник минерального питания растений.

Запас питательных элементов представлен в почве разнообразными минеральными и органическими соединениями: первичными и вторичными минералами, гумусовыми кислотами, гумином, органоминеральными комплексами. Эти вещества устойчивы и используются организмами только после того, как израсходованы легкодоступные соединения.

Депонированные почвой вещества являются залогом существования живых организмов и основой устойчивости почвенного плодородия. Депо веществ обеспечивает организмы питательными веществами и влагой, несмотря на периодически возникающие перерывы в их поступлении.

Различия почв по запасу питательных элементов очень велики. Так, по данным Г. Я Ринькиса , почвы бывшего СССР по валовому содержанию основных питательных элементов отличаются между собой следующим образом: по азоту в 12 раз, по калию в 11 раз, по фосфору в 176 раз, по кальцию в 1310 раз. По запасам гумуса почвы также могут изменяться в десятки раз. Если количество депонированных веществ невелико, то в снабжении организмов элементами питания часто наступают перебои. На таких почвах могут существовать в основном виды, приспособленные к резким колебаниям гидротермического и пищевого режимов. Примером растительных сообществ такого типа являются таежные сосняки на кварцевых песках.

Очень важной характеристикой является доступность элементов минерального питания: наиболее доступны ионы растворов, при их адсорбции на поверхности почвенных частиц доступность снижается. Значительно влияют на доступность и кислотно-основные свойства почвы. Д. А. Сабининым отмечалось, что подкисление приводит к увеличению поглощения анионов, а подщелачивание – к поглощению катионов. С ростом щелочности наблюдается усиление поглощения катионов, приведенных в следующем ряду и являющихся важными элементами питания растений:

Значительный запас влаги в почве обеспечивается влагой глубоких горизонтов. Запасы воды в почве обусловлены ее влагоемкостью (величиной удельной поверхности почв, способной сорбировать воду) и количеством пор, которые могут заполняться водой. Эти параметры связаны с гранулометрическим составом, структурой минеральных зерен и оструктуренностью самой почвы.

Функция стимулятора и ингибитора биохимических и других процессов

В почву поступают разнообразные продукты метаболизма живых организмов: аминокислоты, белки, витамины, спирты, полисахариды. Эти вещества могут как стимулировать, так и угнетать жизнедеятельность других организмов.

В настоящее время накоплен значительный материал по влиянию организмов друг на друга. Особенно подробно изучался вопрос о взаимовлияниях высших растений и их взаимосвязях с микроорганизмами почвы. В настоящее время активно изучаются взаимовлияния почвенных микроорганизмов .

Выделения растений могут влиять на другие растения поразному: отрицательно (ясень, вяз, осина, сосна отрицательно влияют на дуб), положительно (липа и клен положительно влияют на дуб). Существует и безразличное отношение растений как к собственным, так и к чужим корневым выделениям (дуб и ель безразличны к выделениям друг друга; конопля, картофель, пшеница, ячмень, кукуруза не проявляют признаков самоотравления).

Необходимо учитывать, что изучение конкретных проявлений этой функции вызывает ряд трудностей: существуют противоположно направленные влияния воздушных и почвенных выделений; отмечается зависимость действия веществ от их концентрации. Например, выделения дуба в малых концентрациях положительно действуют на сосну, а в больших отрицательно.

2.2.3. Функции, определяемые физико-химическими параметрами почв

Сорбция тонкодисперсного вещества

Огромная поверхность частиц почвенного мелкозема, особенно коллоидной фракции, позволяет сорбироваться на поверхности почвенных частиц молекулам газов, воды и других жидкостей и различным ионам, в том числе составляющим основу минерального питания организмов. Основной механизм сорбции – адсорбция веществ коллоидами почвы; кроме того, существует механическое задержание, химическое поглощение и биологическая сорбция (в телах живых организмов).

Адсорбция веществ коллоидами играет в поглотительной способности почв наибольшее значение. Чем тяжелее механический состав почвы, тем больше в составе почвы коллоидной фракции и тем больше поглотительная способность почвы. Кроме того, поглощение сильно зависит от химической природы коллоидов – от соотношения их органических и минеральных компонентов и природы глинистых минералов. Благодаря этой функции, почвой удерживаются ионы в обменном состоянии, т. е. в состоянии, доступном для растений и микроорганизмов. Адсорбция веществ позволяет удерживать их в почве и противостоять выносу с атмосферными осадками. Существование организмов в ландшафтах гумидного климата было бы крайне затруднено, если бы питательные элементы не сорбировались почвой, а немедленно удалялись из нее выпадающими осадками.

Во многом благодаря сорбционной функции оказывается возможным почти круговой характер естественных круговоротов в экосистемах Земли. Из-за сорбционной способности почв возможна жизнь не только на богатых, но и на бедных песчаных почвах (формирование сосняков на кварцевых песках). Существенное влияние оказывает эта функция на доступность веществ и их круговорот в агроценозах, учитывая трансформированный и в значительной мере искусственный характер круговорота веществ в них.

Сорбция имеет и отрицательный эффект: часть ионов становится малодоступной для растений (из-за необменного поглощения); сходное явление отмечается и для воды – в защемленных порах формируется «мертвый» запас влаги. Особенно значительные запасы недоступной влаги отмечены в почвах тяжелого механического состава. Кроме того, в почве сорбируются и вредные для биоты элементы и соединения, которые изменяют свойства почвы и влияют на жизнедеятельность организмов, последствия такой сорбции будут обсуждаться далее в разделе 4.4.

В связи с важнейшей ролью поглотительной способности в жизни биоценозов суши, особенно в их искусственных вариантах – агроценозах, важной задачей является оптимизация состава ионов в ППК. Полагают, что для большинства растений, возделываемых в России, физиологически оптимальное соотношение ионов выглядит так: количество обменного кальция должно составлять 60–70 % от емкости поглощения, обменного магния – 10–15 %, калия – 3–5 % . Желательно также содержание небольшого количества водорода и других элементов. Среди конкретных способов оптимизации ППК следует назвать: известкование кислых почв, гипсование солонцов, внесение глины в песчаные почвы и обогащение почв гумусом (внесение навоза, сапропеля, торфа, травосеяние).

Сорбция микроорганизмов на почвенном мелкоземе

Благодаря сорбции, микроорганизмы защищены от выноса потоками влаги за пределы почвенного профиля. Сорбция микроорганизмов зависит от их собственных свойств, особенностей сорбента и кислотности среды .

Почва гетерогенна и сложна как сорбент: в ее горизонтах и локусах можно найти поверхности с самыми разными свойствами. Поэтому в ней практически всегда может сорбироваться хотя бы небольшое количество любого микроорганизма. В связи с этим сорбция микробов на почве слабее зависит от их видовых особенностей, чем на простых сорбентах.

Отмечается увеличение сорбции бактерий при утяжелении гранулометрического состава почвы, однако эта зависимость не прямо пропорциональна из-за влияния на сорбционные процессы многих факторов. Сорбция микробов зависит от минералогического состава почв: монтмориллонитовая группа минералов удерживает микроорганизмы сильнее, чем другие. Зависит процесс сорбции и от генетических особенностей почв. Так, черноземы сорбируют больше микробных клеток, чем дерновоподзолистые и серые лесные почвы. В целом больше клеток сорбируют те почвы, которые обладают большей емкостью поглощения, более тяжелым гранулометрическим составом и более высоким содержанием гумуса.

Отдельные факторы почвенной среды по-разному влияют на сорбционную активность микробов. Установлено, что есть значения рН, при которых происходит максимальная адсорбция микроорганизмов, и это определяется их видовыми особенностями. При отклонении от данных значений рН в сторону как увеличения, так и уменьшения сорбция микроорганизмов уменьшается и может совсем прекратиться. Отмечена также зависимость сорбции микроорганизмов от качественного и количественного состава катионов почвы. Оказалось, что валентность иона, которым насыщена почва, влияет на сорбцию клеток бактерий. Способность клеток сорбировать ионы растет при насыщении ими почв от одновалентных к двух- и трехвалентным ионам.

Заряд поверхности почвенных частиц существенно влияет на сорбцию клеток, поверхность которых также может быть заряжена. Наиболее широко в почве представлены отрицательно заряженные поверхности. Одноименность заряда порождает силы отталкивания. Снижение величины отрицательного заряда клеток и частиц адсорбента облегчает проявление сил притяжения. Притяжение усиливается при введении многовалентных ионов, а также при подкислении среды. Усиливается адсорбция и при высушивании почвы.

Существенным фактором, влияющим на связывание микробных клеток почвой, является размер частиц. С уменьшением их размера сорбция бактерий возрастает. Данная закономерность объясняется несколькими причинами: увеличением удельной поверхности сорбента на единицу его веса, большей склонностью мелких частиц образовывать агрегаты с микробными клетками, увеличением содержания вторичных минералов.

Конец ознакомительного фрагмента.

До недавнего времени понятие экология почв в качестве самостоятельного научного раздела со своим объектом, предметом, методами, понятийным аппаратом, теоретическими положениями, законами, т. е. всеми атрибутами самостоятельной науки, не имело какого-либо распространения. Все проблемы и вопросы, относящиеся к экологии почв, были размыты в рамках разделов почвоведения - генезиса и географии почв. Более того, до сих пор некоторые ученые считают некорректным словосочетание экология почв, поскольку экология в классическом первоначальном смысле - это наука о взаимоотношениях организма со средой их обитания, и почва, по их мнению, выступает именно в роли последней.

Прежде всего, введенное В. В. Докучаевым понятие естественно-исторического тела, каковым является почва, стало основным, базисным понятием широкого класса естественно-исторических (водстбиосферных) наук. "Являясь элементарным (далее неразложимым без потери качества), оно стало исходным моментом, всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее систем, тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук".

В. В. Докучаев также в разное время подчеркивал, что необходимо овладевать почвой и управлять ею с целью чисто практической; что для этого надо, прежде всего, решить вопрос о закономерных соотношениях между характером и распределением почв и факторами почвообразования, причем следует иметь в виду всю единую, цельную и нераздельную природу, а не отрывочные ее части; что необходимо изучать соотношения, генетическую вековечную и закономерную связь, которая существует между мертвой и живой природой, между растениями, животными и минеральными царствами, а также человеком, причем ядром учения об этих соотношениях - между живой и мертвой природой, между человеком и остальным миром, как органическим, так и минеральным, должно быть почвоведение. Л. И. Прасолов был первым, кто ввел термин экология почв (используя его как синоним термина педоэкология) и предложил выделить экологию почв в самостоятельный раздел почвоведения наряду с генезисом и географией почв. Он рассматривал ее как учение об отношении почв к окружающим их условиям. Основным вопросом этого учения, считал он, должно быть выяснение причинной зависимости свойств почв. Предложенное Л. И. Прасоловым понятие экология почв и обоснование необходимости выделения экологии почв в самостоятельный раздел почвоведения не имели сначала отклика у почвоведов и ученых сопредельных наук, хотя отдельные вопросы, относящиеся к экологии почв, как ее понимал Л. И. Прасолов, рассматривались. В первой половине 60-х годов появилась первая специально посвященная этой проблеме монография В. Р. Волобуева "Экология почв" (1963), за которой затем последовали другие, развивающие разные аспекты экологии почв: "Система почв мира" (1973) и "Введение в энергетику почвообразования" (1974).

В этих работах, как и в первой своей монографии "Почвы и климат" (1953), В. Р. Волобуев обосновывал самостоятельность экологии почв как учения о закономерных соотношениях между почвой и средой ее формирования или "как отрасли почвоведения, специально посвященной выявлению и характеристике закономерных соотношений между почвой и почвообразователями - горной породой, организмами, климатом и рельефом". "Несомненно, предметом экологии почв являются и те соотношения между почвой и средой, которые возникают при разного рода воздействиях на почву производстбиосферных) наук. "Являясь элементарным (далее неразложимым без потери качества), оно стало исходным моментом, всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее систем, тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук".

Близки к идеям В. Р. Волобуева взгляды Э. Эвальда (1972), который считал, что экология почв должна рассматриваться как раздел, равноправный с учением о генезисе почв, основной задачей которого должна быть разработка моделей потоков вещества и энергии между современными почвами и их средой.

И. А. Соколов (1993) рассматривает экологию почв как раздел почвоведения, занимающийся изучением закономерностей, действующих в системе почва - факторы. Как и В. Р. Волобуев, И. А. Соколов сделал очень много для развития этого направления, рассматривая его как самостоятельный раздел теоретического генетического почвоведения. Он показал, что термин экология почв правомочен, раздел экология почв равноправен с такими разделами почвоведения, как генезис и география почв, а объект и предмет этой области знаний специфичен.

И. А. Соколов подчеркивал, что экология почв может рассматриваться как самостоятельный раздел, как связующее звено между учениями о генезисе и географии почв и писал: "Единство этих трех разделов и составляет ядро фундаментального почвоведения, на котором базируются все прикладные его ветви". Им сформулирован ряд законов распределения почв в частном реальном экологическом пространстве (экологическом пространстве, образованном частью существующих в настоящее время факторов или их характеристиками) для зрелых автономных почв, а также закономерностей, относящихся к некоторым более частным вопросам экологии почв, среди них законы: литогенной полирефлекторности климатических условий, климатической конвергенции почвообразования, экологической полисенсорности почв к изменению условий климата, закон сложной иерархии факторов и др. И. А. Соколовым (1993) впервые показано, что законы почвенно-экологических связей (т. е. связей среда - почва) могут быть различны (и даже противоположны) для разных педокосмов: гумидного - мира элювиальных выщелоченных, кислых ненасыщенных, ферри-сиалитных мезоморфных и гидроморфных почв и аридного - мира аккумулятивных, насыщенных, нейтрально-щелочных, карбонатных и (или) засоленных ксероморфных почв. Им также впервые обращено внимание на то, что увлажненность в большей степени обусловливает качественную направленность почвообразования в то время, как термический фактор ответствен за количественную его сторону, интенсивность почвообразовательных процессов.

Таким образом, экология почв - это наиболее широкое понятие.

Как ясно из приведенного обзора, предметом "экологии почв" во всех этапных работах выступают закономерности, действующие в системе почва - факторы, или закономерности соотношений между почвой и средой ее формирования. Это дает основания для изучения почвы только как "черного ящика", а закономерности ее внутренних превращений, ее функционирования оказываются за пределами интересов этого раздела науки.

Почва, с одной стороны, является биокосным телом, или биокосной экологической системой, поскольку в ней биотические и абиотические компоненты связаны потоками вещества и энергии. В то же время почва как тело, в котором взаимодействуют организмы и абиотические компоненты, сама собой представляет в целом естественно-историческое тело природы. И как целостность (почвенное тело) она сама взаимодействует с окружающей абиотической (воздух, воды, пыль, горные породы, климат и т. д.) и биотической (той биотой, которая не составляет с почвой ее тело, например, растения) средой, обмениваясь в целом веществом, энергией и информацией с этой средой. То есть одним из главных вопросов экологии почв должно быть изучение не только внешнего обмена веществом и энергией почвы с окружающей средой, в том числе с факторами-почвообразователями, но и внутреннего единства, внутренних причинных связей ее как системы.

Таким образом, экология почв должна изучать законы функционирования почв в биосфере.

Экология почв, как и другие науки об экосистемах, должна заниматься вещественно-энергетическим обменом внутри почвы и с окружающей ее средой, выявлять общие закономерности этого обмена и устанавливать законы функционирования почв. Однако до сих пор в рамках экологии почв занимались только выяснением элементарных проявлений взаимодействия почв со средой, установлением простейших форм воздействия факторов среды на функционирование почв. Ни объект, ни предмет экологии почв как науки о функционировании системы биосферного типа до сих пор не определялись, а те определения, которые имеются, отвечают только одной стороне функционирования почвы как системы - ее внешним связям.

Вопрос о месте экологии почв в системе научных знаний еще не решен. Возникшую на стыке двух естественно-исторических наук - почвоведения и экологии - экологию почв тем не менее нельзя рассматривать просто как интеграцию двух наук, а следует понимать как особую специфическую науку со своими законами, методами, принципами и правилами, которая решает широкий круг проблем, связанных с функционированием биосферы (и ноосферы). Представляется, что экология почв является одним из самостоятельных учений биосферного класса наук. Примером встречного движения наук о биосфере и формирования не интегрированной, а новой синтетической науки является ряд законов экологии почв, сформулированных И. А. Соколовым (1993) в рамках этого учения как раздела генетического почвоведения. Предложенные законы, отражая реально существующие закономерности поведения почв в природе, являются одновременно законами экологии почв и в том случае, если она выступает как раздел почвоведения, и в том, если экология почв рассматривается как учение о функционировании почв в биосфере. Это позволяет рассматривать ее как самостоятельное учение в ряду биосферного класса наук, возникшее не в недрах одной из областей естественно-исторических наук - почвоведения или экологии, а в недрах учения о биосфере в целом.

Таким образом, практически пока не существуют методы, которые позволили бы анализировать и оценивать одновременно сверхбольшие объемы информации о свойствах почв, факторах почвообразования и наборе их характеристик, необходимых для выведения закономерностей распределения типов почвообразования и почв в полном экологическом пространстве. Совершенствование имеющихся и разработка новых методов остаются до сих пор одними из самых актуальных проблем экологии почв.

Таким образом, наука экология почв находится еще в стадии становления. Она, естественно, должна быть выделена в отдельный раздел биосферного класса наук. Объектом ее должна быть почва как экологическая система, а предметом - законы ее структурно-функциональной организации, закономерности и связи с окружающей ее средой, заключающиеся в обмене веществом и энергией. В целом она должна основываться на естественноисторическом подходе В. В. Докучаева, который предсказал необходимость развития таких аспектов роли почвы в биосфере и предвосхитил ее появление.

ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ

ЛЕКЦИЯ № 2, 3

Почва особое природное образование, сформировавшееся в результате преобразования горных пород растениями и животными, т.е. в результате почвообразовательного процесса.

Почва обладает особым свойством плодородием, она служит основой сельского хозяйства всех стран.

Почва при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и улучшает их, становится более плодороднее. Почва колоссальное природное богатство, обеспечивающий человека продуктами питания, животных кормами, а промышленность сырьем. Веками и тысячелетиями создавалась она. Чтобы правильно использовать почву, надо знать, как она образовывалась, ее строение состав и свойства. Почва образовывалась из выходящих на поверхность земли горных пород под влиянием различных факторов. Под действием ветра, атмосферной влаги, в связи с изменением климата и температурными колебаниями горные породы, например гранит, постепенно трескались и превращались в рухляк. На рухляке поселялись микроорганизмы, питающиеся преимущественно углеродом и азотом атмосферы и минеральными соединениями, которые они получали из горной породы. Микроорганизмы разрушали ее своими выделениями, и химический состав горной породы постепенно изменялся. Затем здесь поселялись лишайники и мхи. Микроорганизмы разлагали их остатки, образуя гумус основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям. Животные и растения окончательно разрушали горную породу, превращая верхний ее слой в почву.

Растительный опад в лесах и отмершая травянистая растительность после разложения микроорганизмами дает много органического вещества, увеличивая мощность почвы. Лучшие почвы, влагоемкие и воздухопроницаемые, имеют мелкокомковатую или мелкозернистую структуру из комочков диаметром от 1 до 10 мм. От состава и свойств горной породы, на которой формируется почва, в значительной степени зависят состав и свойства почвы.

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей.

Твердая часть это минеральные и органические частицы. Они составляют от 80–98% почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской породы в результате почвообразовательного процесса. Соотношение этих частиц характеризует механический состав почвы.

Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40–60%. Жидкая часть участвует в снабжении растений водой и растворенными элементами питания.

Газообразная часть, почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Почвенный воздух содержит больше углекислого газа и меньше кислорода, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические соединения и др.

Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. Они обитают в основном в верхних слоях почвы, около корней растений, где добывают себе пищу. Некоторые почвенные организмы могут жить только на корнях.

Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, сера, железо и др.) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, цинк и др.), которые растения потребляют в ограниченных количествах. Их соотношение определяет химический состав почвы.

Из физических свойств почвы наибольшее значение имеет влагоемкость, водопроницаемость, скважность.

Состав и свойства почвы постоянно меняются под влиянием жизнедеятельности, климата, деятельности человека. При внесении удобрений почва обогащается питательными для растений веществами, изменяет свои физические свойства.

Неправильная эксплуатация может привести к нарушению почвенного покрова к эрозии почвы, засолению, заболачиванию ее. Наука изучающая почву называется почвоведением.

Эрозия почв

Под эрозией почв понимают ее разрушение водой и ветром. Различаю водную и ветровую эрозию. Водная эрозия почвы развивается только на склонах. Потоки воды после дождей и ливней, при таянии снега не успевают впитаться в почву, смывают ее частицы и образуют промоины. При мощных потоках воды образуются глубокие промоины овраги. При сильном стоке воды на крутых склонах могут быть полностью уничтожены посевы и смыт наиболее плодородный слой почвы. Смытые почвы требуют больших затрат на окультуривание. Особенно дорого обходятся работы, связанные с закреплением оврагов. Водная эрозия особенно опасна в горных районах.

Ветровая эрозия возникает в основном в степных засушливых районах, где часты сильные ветры. Почвы там имеют легкий механический состав, а растительный слабый или совсем отсутствует. В результате ветровой эрозии верхний, наиболее плодородный слой почвы выдувается, переносится ветром на большие расстояния.

Он может засыпать посевы в других местах. Сильная ветровая эрозия возникают в районах, где ветры дуют с большой скоростью, вызывая пыльные (черные) бури.

От них страдают лесные насаждения, мелиоративные сооружения, дороги, населенные пункты. Но главный ущерб который приносят пылевые бури, резкое снижение плодородия почвы, гибель посевов и урожая. Для борьбы с водной эрозией регулируют и задерживают сток талых и дождевых вод. Для этого применяют почвозащитные севообороты, в которых увеличена площадь посевов многолетних трав, обработка почвы поперек склона. Устраивают водозадерживающие валы, отводные каналы.

Чтобы предотвратить ветровую эрозию, широко используют комплекс почвозащитных мероприятий: плоско резную обработку почвы, минимальную обработку почвы, мульчирование, создание кулис из высокостебельных растений.

Большое значение имеют также защитные лесные насаждения, которые поглощают поверхностный сток, предотвращая почву от размыва, и уменьшают скорость ветра в приземном слое воздуха. На крутых склонах, чтобы ослабить эрозию, делают ступенчатые террасы, которые задерживают сток. Рост оврагов можно предотвратить, сооружая водозадерживающие валы, сажая поперек ряды кустарников, ослабляющих скорость потоков воды.

Почва в гигиеническом отношении

Человек постоянно находится в соприкосновении с почвой, прямо или косвенно влияя на нее. Почвы, удобряемые отбросами богатыми являются благодатной средой для развития различных микроорганизмов: яиц гельминтов, личинок насекомых; отдельные группы которых могут обуславливать возникновение и распространение эпидемических заболеваний. Непосредственное соприкосновение человека с почвами, загрязненной отбросами, а также употребление свежих овощей выращенных на таких почвах может служить причиной глистных инвазий и кишечных заболеваний, так как она может содержать возбудителей раневых инфекций (столбняка, сибирской язвы), а также ряд насекомых, являющихся передатчиком различных инфекций.

Выпадающие на загрязненную почву атмосферные осадки, проходя через почву, выносят в грунтовые воды растворимые органические вещества, микрофауну и микрофлору. Использование таких вод приводит к кишечным инфекциям. Самоочищение почв от патогенных организмов вызывается антагонизмом микробов, в результате которого происходит вытеснение и гибель патогенных микробов сапрофитными формами, свойственные нормальной микрофлоре почв. В поверхностных слоях гибель яиц гельминтов вызывается нагреванием свыше 40 градусов, высыханием и действием ультрафиолетовых лучей. Органические остатки в почвах в результате биохимических процессов превращается в безвредные для человека и полезные для растений минеральные соли. Санитарное состояние почв определяется на основании химических и бактериологических анализов. Почвы загрязняются также выбросами промышленных предприятий, оседающие на нее. Состав промышленных выбросов чрезвычайно разнообразен; отдельные элементы могут накапливаться в почвах, изменять ее состав и свойства, отрицательно влиять на растения, накапливаться в них в количествах, вредных для человека и животных.