Свойства и классификация почв

Содержание Введение

1. Свойства и классификация почв

1.1 Понятие и морфологические свойства почв

1.2 Классификация почв

2. Функции почв в наземных экосистемах

2.1 Функции почвы, обусловленные ее физическими свойствами

2.2 Функции почвы, обусловленные ее физико-химическими и химическими свойствами

2.3 Информационные функции почвы

2.4 Целостные функции почвы Заключение Список источников Приложения

Почва — один из важнейших элементов экологической системы Земли. Наряду с солнечным светом, водой, температурой окружающей среды она — компонент внешней среды жизнедеятельности человека. Будучи одним из элементов биосферы, почва во многом определяет гигиеническое состояние внешней среды, оказывая большое влияние на состояние здоровья людей и санитарно-гигиенические условия жизни.

Почва представляет собой совершенно особое природное образование, обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами.

Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но также и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон, парков и скверов в городском хозяйстве и т. д.

Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства; она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом. Через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Как неотъемлемый компонент структуры наземных экосистем почва выполняет множество экологических функций, обеспечивающих жизнь обитающих в почве и на почве растительных и животных организмов. Это и дает право называть почву полифункциональной природной системой.

Экологические функции почвы в своем проявлении обусловлены наряду с морфологическими — физическими и химическими свойствами. Плотность почв, степень обводнения почвенных пор, доступность почвенной воды растениям и микроорганизмам, тепловой режим почв — определяют возможность существования на этой почве тех или иных растений, педофауны, микроорганизмов. Также в определенной степени влияют химический состав почв, концентрация растворимых солей, состав обменных катионов, кислотность почв, содержание и состав гумуса и т. п.

Из сказанного выше следует, что почва играет значительную роль в функционировании экосистем, поэтому рассматриваемая тема является достаточно актуальной. Целью данной курсовой работы является определение функциональной роли почв в экосистемах Земли, для чего необходимо решить следующие задачи:

1) дать определение почве, рассмотреть ее основные морфологические свойства;

2) рассмотреть основы почвенной классификации;

3) изучить функции почв, обусловленные их физическими, физико-химическими и химическими свойствами;

4) изучить информационные, целостные функции почв.

1. Свойства и классификация почв

1.1 Понятие и морфологические свойства почв Почвой называется самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительных, животных и микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков.

Наука о происхождении и развитии почв, закономерностях их распространения, путях рационального использования и повышения плодородия называется почвоведением.

Основателем почвоведения является выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев (1846−1903). Он разработал генетическую классификацию почв и новые методы изучения и картографирования почв в поле. Докучаев открыл основные закономерности географического распространения почв и внес большой вклад в теорию и практику охраны и повышения их плодородия. В. В. Докучаев определил почву как «…поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее сильно окрашены гумусом и постоянно являются результатом взаимной деятельности следующих агентов: живых и отживающих организмов, материнской горной породы, климата и рельефа местности».

К морфологическим свойствам почвы относятся строение почвенного профиля, окраска (цвет) почвы, влажность, механический состав, ее структура и сложение, а также новообразования и включения.

Взаимодействия внутри почвенной системы приводят к видимым изменениям в почвенной массе. В почвенных разрезах вскрывается вертикальная последовательность слоев, называемых почвенными горизонтами, различающимися по набору признаков (например, по цвету, мощности и др.). Каждый горизонт примерно повторяет неровности поверхности. Такая последовательность, включающая все почвенные горизонты, называется почвенным профилем. В пределах распространения почвы определенного типа строение профиля имеет сходные черты. Таким образом, почвенный профиль является главным отличительным признаком типа почвы.

Обычно почва подразделяется на два основных горизонта: верхний, деятельный, и нижний, «подпочвенный». Однако при внимательном изучении почвенного профиля во многих почвах обнаруживается большее число горизонтов, которые обычно обозначаются латинскими буквами А, В и С (рис. 1). Горизонты часто подразделяются на подгоризонты: А1, А2, А3, В1, В2, В3. Горизонты, А формируются в верхней части почвенного профиля, а горизонты В — в «подпочвенных» слоях. Горизонт С сложен фрагментами горной породы, называемой материнской породой почвы. Иногда выделяют также горизонты О и R. Горизонт О (или А0) — лесная подстилка, перекрывающая минеральные горизонты многих лесных почв, состоит из опавших листьев. Горизонт R представляет собой породу, подстилающую почвы. Горизонты разных почв отличаются по содержанию органики и глинистых частиц, мощности, цвету и другим признакам.

Рис. 1. Почвенный профиль

Цвет почвы — одно из важных внешних свойств ее, наиболее доступных для наблюдения и широко используемых в почвоведении для присвоения названий почвам (чернозем, краснозем, желтозем, серозем и др.).

Окраска горизонта зависит от наличия в почве того или иного количества красящих веществ. Верхние горизонты окрашены гумусом в темные цвета (серые и коричневые). Чем большее количество гумуса содержит почва, тем темнее окрашен горизонт. Наличие железа и марганца придает почве бурые, красные тона. Белесые, белые тона предполагают наличие процессов оподзоливания (вымывания продуктов разложения минеральной части почв), осолодения, засоления, окарбоначивания, т. е. присутствие в почве кремнезема, каолина, углекислого кальция и магния, гипса и других солей.

Почвы редко бывают окрашены в какой-либо один чистый цвет. Обычно окраска почв довольно сложная и состоит из нескольких цветов (например, серо-бурая, белесовато-сизая, красновато-коричневая и т. д.), причем название преобладающего цвета ставится на последнем месте.

Окраска почв находится в прямой зависимости от ее химического состава, условий почвообразования, влажности.

Влажность не является устойчивым признаком какой-либо почвы или почвенного горизонта. Она зависит от многих факторов: метеорологических условий, уровня грунтовых вод, механического состава почвы, характера растительности и т. д.

Различают пять степеней влажности почв:

1) сухая почва пылит, присутствие влаги в ней на ощупь не ощущается, не холодит руку; влажность почвы близка к гигроскопической (влажность в воздушно-сухом состоянии); 2) влажноватая почва холодит руку, не пылит, при подсыхании немного светлеет; 3) влажная почва — на ощупь явно ощущается влага; почва увлажняет фильтровальную бумагу, при подсыхании значительно светлеет и сохраняет форму, приданную почве при сжатии рукой; 4) сырая почва при сжимании в руке превращается в тестообразную массу, а вода смачивает руку, но не сочится между пальцами; 5) мокрая почва — при сжимании в руке из почвы выделяется вода, которая сочится между пальцами; почвенная масса обнаруживает текучесть.

От влажности почвы значительно зависит степень плотности, пластичности, прочность структуры и т. д. Правильная оценка влажности почвы позволяет установить степень обеспеченности растений водой, а также составить представление о водно-воздушном режиме почвы.

В результате процессов выветривания плотные горные породы превращаются в массу, состоящую из частиц различного размера, которые называются механическими элементами. Механические элементы, близкие по размерам, объединяются во фракции. Совокупность механических фракций представляет механический состав почвы. Группировка механических элементов по размерам называется классификацией механических элементов. В нашей стране у почвоведов широко применяется классификация проф. Н. А. Качинского (табл. 1).

Таблица 1

Классификация механических элементов почв

Механический состав является свойством почвы, по которому изучаемая почва относится к той или иной разновидности. Также он является важной характеристикой, необходимой для определения производственной ценности почвы, ее плодородия, способов обработки и т. д.

Общее название почвы по механическому составу дается по данным механического анализа верхнего горизонта (0−25 см). Например, дерново-среднеподзолистая, суглинистая или чернозем южный, глинистый и т. д. Если наблюдается резкое различие механического состава верхнего и нижнего горизонтов, то это обстоятельство должно отразиться и в названии почвы. Например, дерново-луговая, тяжелосуглинистая почва на песчаных отложениях или дерново-сильноподзолистая суглинистая почва на супесчаных наносах и т. д.

Структура почвы является важным и характерным признаком, имеющим большое значение при определении генетической и агропроизводственной характеристики почв. Под структурностью почвы подразумевают ее способность естественно распадаться на структурные отдельности и агрегаты, состоящие из склеенных перегноем и иловатыми частицами механических элементов почвы. Форма структурных отдельностей зависит от свойств самой почвы. Типичные структурные элементы почв по С. А. Захарову показаны в Приложении 1.

Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту свойственны определенные типы почвенных структур. Для гумусовых горизонтов, например, характерна зернистая, комковато-зернистая, порошисто-комковатая структура; для элювиальных горизонтов — плитчатая, листоватая, чешуйчатая, пластинчатая; для иллювиальных — столбчатая, призматическая, ореховатая, глыбистая и т. д.

Если структура неоднородна, то для ее характеристики пользуются двойными названиями (комковато-зернистая, ореховато-призматическая и т. д.), последним словом указывая преобладающий вид структуры.

Еще одним важным морфологическим свойством почвы является ее сложение (внешнее выражение степени и характера плотности и порозности почвы).

При внимательном рассмотрении почвенных горизонтов можно заметить сеть трещин, пор, ячеек, пустот и т. д., различных по форме и размерам. По величине и форме воздушных пор и полостей различают следующие типы сложения почв:

А. Полости, расположенные внутри структурных отдельностей:

а) тонкопористые — диаметр пор, пронизывающих почву, до 1 мм; характерны для лёссов и образовавшихся из них почв;

б) пористые — диаметр пор 1−3 мм, характерны для лёссовидных пород и соответствующих почв, сероземов, дерново-подзолистых почв;

в) губчатые — почва пронизана порами диаметром 3−5 мм, характерны для некоторых подзолистых горизонтов;

г) ноздреватые или дырчатые — диаметр пор 5−10 мм, характерны для сероземов и обусловлены работой землероющих животных;

д) ячеистые — диаметр пустот 10 мм, характерны для субтропических и тропических почв;

е) трубчатые — пронизаны каналами, прорытыми крупными землероями.

Б. Полости расположены между структурными отдельностями:

а) тонкотрещиноватые — воздушные полости, обычно вертикального направления, менее 3 мм;

б) трещиноватые — размер трещин 3−10 мм, характерны для горизонтов с призматической и столбчатой структурой;

в) щелеватые-вертикальные полости размером более 10 мм, свойственны столбчатым горизонтам некоторых солонцеватых почв.

Воздушные полости почвенных горизонтов хорошо видны в сухое время года. Во влажном состоянии вследствие разбухания почвенной массы размер пор уменьшается.

Различают следующие степени плотности почв в сухом состоянии:

1) очень плотное или слитое сложение — почва не поддается действию лопаты (входит в почву не более 1 см) — характерно для слитых черноземов, для столбчатых горизонтов солонцов;

2) плотное сложение — лопата или нож с трудом входят в почву на глубину 4−5 см, и почва с трудом разламывается руками; такое сложение наблюдается в тяжелых глинистых неокультуренных почвах и для горизонта В солонцеватых почв;

3) рыхлое сложение — лопата или нож легко входят в почву, почва хорошо оструктурена, но структурные агрегаты сравнительно мало сцементированы между собой; таковы супесчаные почвы и верхние, хорошо оструктуренные горизонты суглинистых почв;

4) рассыпчатое сложение — почва обладает сыпучестью, отдельные частицы не сцементированы между собой; свойственно супесчаным и бесструктурным, распыленным пахотным горизонтам почв.

Сложение почвы зависит от механического и химического состава ее, а также от влажности. Это свойство почвы имеет большое практическое значение в сельском хозяйстве и характеризует ее с точки зрения трудности обработки.

Для характеристики почв и суждения об их происхождения имеют важное значение различные новообразования и включения.

Новообразования — это скопления веществ, образующиеся в почве в процессе её формирования.

Широко распространены новообразования железа и марганца, чья миграционная способность зависит от окислительно-восстановительного потенциала и контролируется организмами, в особенности бактериями. Они представлены конкрециями, трубками по ходам корней, корками и др. В некоторых случаях происходит цементация почвенной массы железистым материалом. Встречаются новообразования легкорастворимых солей, кремнезёма, глинистых минералов, часто вместе с гумусом.

Под включениями понимают предметы, механически включенные в массу почвы и не связанные с ней генетически. В число включений входят обломки горных пород, не связанных с материнской породой, раковины наземных и морских моллюсков, кости современных и вымерших животных, остатки золы, углей, древесины, остатки материальной культуры человека (обломки кирпича, посуды и археологические находки).

Включения различного характера часто помогают судить о происхождении почвообразующей породы и возрасте почв.

1.2 Классификация почв Единой общепринятой классификации почв не существует. Наряду с международной (Классификация почв ФАО и сменившая её в 1998 году WRB) во многих странах мира действуют национальные системы классификации почв, часто основанные на принципиально разных подходах.

В России к 2004 году специальной комиссией Почвенного института им. В. В. Докучаева, руководимой Л. Л. Шишовым, подготовлена новая классификация почв, являющаяся развитием классификации 1997 года. Однако российским почвоведами продолжает активно использоваться и классификация почв СССР 1977 года.

Задачей классификации почв является объединение почв в таксономические группы по строению, составу, свойствам, происхождению и плодородию. Классификационная проблема в почвоведении — одна из наиболее трудных, и объясняется это прежде всего сложностью почвы как особого тела природы, развивающегося в результате одновременного, совокупного действия всех факторов почвообразования (климата, горной породы, растительности и животного мира, условий рельефа, возраста), т. е. в результате тесного взаимодействия со средой.

Основой научной классификации почв является точка зрения на почву как на самостоятельное особое тело природы, такое же, как минералы, растения и животные. Согласно этой точке зрения, классификация почв должна основываться не только на их признаках и свойствах, но и на особенностях их генезиса, т. е. происхождения.

Основной единицей классификации почв является тип почв. Под типом почв понимают почвы, образованные в одинаковых условиях и обладающие сходными строением и свойствами.

К одному типу почв относятся почвы:

1) со сходными процессами превращения и миграции веществ;

2) со сходным характером водно-теплового режима;

3) с однотипным строением почвенного профиля по генетическим горизонтам;

4) со сходным уровнем природного плодородия;

5) с экологически сходным типом растительности.

Широко известны такие типы почв, как подзолистые, черноземы, красноземы, солонцы, солончаки и др.

Каждый тип почв последовательно подразделяется на подтипы, роды, виды, разновидности и разряды.

Подтипы почв представляют собой группы почв, различающиеся между собой по проявлению основного и сопутствующего процессов почвообразования и являющиеся переходными ступенями между типами. Например, при развитии в почве наряду с подзолистым процессом дернового процесса формируется подтип дерново-подзолистой почвы. При сочетании подзолистого процесса с глеевым процессом в верхней части почвенного профиля формируется подтип глееподзолистой почвы.

В пределах подтипов выделяются роды и виды почв. Роды почв выделяются внутри подтипа по особенностям почвообразования, связанным прежде всего со свойствами материнских пород, а также свойствами, обусловленными химизмом грунтовых вод, или со свойствами и признаками, приобретенными в прошлых фазах почвообразования (так называемые реликтовые признаки).

Роды почв выделяются в каждом типе и подтипе почв. Вот самые распространенные из них:

1) обычный род, т. е. отвечающий по своему характеру подтипу почв; при определении почв название рода «обычный» опускается;

2) солонцеватые (особенности почв определяются химизмом грунтовых вод);

3) остаточно-солонцеватые (особенности почв определяются засоленностью пород, которая постепенно снимается);

4) солончаковатые;

5) остаточно-карбонатные;

6) почвы на кварцево-песчаных породах;

7) почвы контактно-глеевые (формируются на двучленных породах, когда супесчаные или песчаные толщи подстилаются суглинистыми или глинистыми отложениями; на контакте смены наносов образуется осветленная полоса, образующаяся за счет периодического переувлажнения);

8) остаточно-аридные.

Виды почв выделяются в пределах рода по степени выраженности основного почвообразовательного процесса, свойственного определенному почвенному типу.

Для наименования видов используют генетические термины, указывающие на степень развития этого процесса. Так, для подзолистых почв — степень подзолистости и глубина оподзоливания; для черноземов — мощность гумусового горизонта, содержание гумуса, степень выщелоченности; для солончаков — характер распределения солей по профилю, морфология поверхностного горизонта (пухлые, выцветные).

Внутри видов определяются разновидности почв. Это почвы одного и того же вида, но обладающие различным механическим составом (например, песчаные, супесчаные, суглинистые, глинистые). Почвы же одного вида и одного механического состава, но развитые на материнских породах разного происхождения, выделяются как почвенные разряды.

Пример определения почвы до разряда:

тип — чернозем, подтип — чернозем обыкновенный, род — чернозем обыкновенный солонцеватый, вид — чернозем обыкновенный солонцеватый малогумусный, разновидность — чернозем обыкновенный солонцеватый малогумусный пылевато-суглинистый, разряд — чернозем обыкновенный солонцеватый малогумусный пылевато-суглинистый на лёссовидных суглинках.

почва морфологический биогеноценотический

2. Функции почв в наземных экосистемах

2.1 Функции почвы, обусловленные ее физическими, физико-химическими и химическими свойствами

Функции почв в наземных экосистемах (биогеоценозах) или, иначе, биогеноценотические функции почв стали рассматриваться во всем своем разнообразии и совокупности лишь в 70−80гг. 20 века. Основной причиной запоздалого интереса к столь важной проблеме можно считать господство упрощенного понимания экологического значения почвы, сводимого, как правило, к трактовке почвы как источника элементов питания и механической опоры растений. Однако первый же специальный анализ биогеноценотических функция почвы вскрыл их неожиданно большое разнообразие. Было выделено более 10 почвенных функций, объединенных в отдельные группы по контролирующим их свойствам и параметрам почв (схема 1).

Схема 1. Биогеоценотические функции почвы

Первый ряд — функции, связанные с физическими свойствами почвы: ее температурой, теплопроводностью, плотностью, пространственной протяженностью и т. д. В этой группе заслуживает прежде всего внимания такая важнейшая функция почв как функция жизненного пространства.

Известно, что одной из главных причин, ограничивающий распространение большей части видов живых организмов, является отсутствие свободной и пригодной для расселения материальной среды, где они могли бы беспрепятственно размножаться и развиваться. В силу этого обстоятельства на Земле в каждый момент времени существует лишь незначительная часть особей большинства видов по сравнению с потенциальным их количеством. Увеличения количество особей не происходит в силу конкуренции между различными видами и отсутствия подходящих условий на значительных пространствах Земли. Тем не менее, живые организмы постоянно стремятся освоить все новые и новые местообитания.

То, что почвы выполняют функцию жизненного пространства, совершенно необходимо учитывать при разработке целого ряда теоретических и практических вопросов. Так, следует помнить о том, что застройка и хозяйственное освоение крупных земельных массивов может приводить к существенным изменениям в почвенном мире живых существ, вызывая гибель или миграцию многих из них.

Другой важной биогеоценотической функцией почв является функция жилища, благодаря которой почва оказывается не просто вместилищем живых организмов, но жилищем, защищающим их от переохлаждения и перегрева. Этому способствует то, что температура и влажность воздуха в почве подвержены менее резким колебаниям, чем на поверхности Земли. Нерациональное землепользование приводит не только к ухудшению баланса питательных элементов и водного режима почв, но и делает их малопригодными для обитания целого ряда живущих в них организмов.

К первой группе биогеоценотических функций почв относится также опорная функция, которая позволяет растениям сохранять вертикальное положение, быть устойчивым к ветровалам и противодействовать силе тяжести. Стоит заметить, что значение этой функции учитывается недостаточно. В то же время, полноценные знания о ней помогут понять многие явления в жизни растений и животных. Так, считают, что причины частого отсутствия ели на рыхлых песчаных почвах в таежной зоне европейской России и Западной Сибири и приуроченность к этим почвам сосновых лесов объясняется повышенным требованием ели к обеспеченности почв элементами питания. Но необходимо учитывать и то, что ель обладает поверхностной корневой системой, и ее закрепление на рыхлых, слабосвязанных песчаных почвах может быть затруднено, особенно в случае с сильными ветрами.

Благодаря своим свойствам большинство почв оказывается не только жизненным пространством, пригодным для обитания многочисленных видов наземных организмов, но и средой, в которой сохраняются семена и другие зачатки. На поверхности почвы и в свежем опаде перезимовывают семена высших растений, с тем, чтобы на будущий год дать новое потомство или пополнить почвенный семенной запас многолетнего хранения. В почве хорошо сохраняются в течение определенного времени цисты, споры многих организмов и яйца беспозвоночных.

То, что почва оказывается благоприятным местом для длительного сохранения зачатков организмов в жизнеспособном состоянии, связано с особенностями ее как среды обитания, среди которых выделяются значительная изолированность и защищенность ее от резких изменений воздушной среды, а также значительно меньшее содержание в почвенном воздухе кислорода.

Наличие предпосылок для сохранения в почве зачатков организмов приводит к их накоплению в ней, в результате чего почва начинает выполнять функцию депо семян и других зачатков. Данная функция играет важную роль во многих биогеоценотических процессах, а ее изучение помогает полнее понять жизнь экосистем суши Земли. Например, такое на первый взгляд странное явление, как быстрое зарастание многих вырубок при отсутствии значительного привноса семян со стороны, становится понятным, если принять во внимание указанную функцию почв.

Важное проявление почвенной функции сохранения и депо зачатков организмов — наличие в большинстве почв избыточного пула (запаса) микробов, не обеспеченных органическим веществом и другими элементами питания, что делает их недеятельными или малодеятельными. Микроорганизмы, образующие пул, хотя и не пребывают в состоянии активного функционирования, в большинстве своем в той или иной степени метаболизируют. Частичное сохранение физиологической активности организмов микробного пула позволяет им при наличии благоприятных условий, например при поступлении свежего органического вещества, быстро включаться в процессы жизнедеятельности и осуществлять свои почвенно-экологические функции. Это оказывается особенно важным, когда почвы формируются в суровых условиях. В таких случаях решающее значение имеют сезонные вспышки активности микроорганизмов и непродолжительные периоды улучшения климатической обстановки (почвы тундры, высокогорий и др.). Поэтому не случайно тундровые и высокогорные почвы, а также таежные почвы мерзлотных районов отличаются значительным запасом дремлющих форм микроорганизмов.

Существенным является и то, что микробный пул оказывается богатым по видовому разнообразию, что весьма важно для успешного функционирования почв и экосистем.

2.2 Функции почвы, обусловленные ее физико-химическими и химическими свойствами

К функциям, обусловленным физико-химическими и химическими свойствами почв относятся сорбция почвенным мелкоземом микроорганизмов; сорбция почвой тонкодисперсного вещества; функция депо элементов питания, энергии и влаги; функция стимулятора и ингибитора биохимических и других процессов. Также почва выступает как источник питательных веществ и соединений.

Благодаря действию сорбционной функции микроорганизмы защищены от выноса за пределы почвенного профиля. Кроме того, сорбционные свойства почв обеспечивают возможность микроорганизмам концентрироваться в огромных количествах в ограниченном объеме почв.

Учет способности почв к сорбции микроорганизмов помогает полнее понять многие стороны почвообразовательного процесса. Так, рекордное количество микробов в гумусовых горизонтах черноземов в значительной мере сопряжено с повышенной сорбционной активностью этих горизонтов.

Сорбция микроорганизмов зависит и от генетических особенностей почв. Так, черноземы больше сорбируют микробных клеток, чем дерново-подзолистые и серые лесные. Обычно больше сорбируют микроорганизмов те почвы, которые обладают более тяжелым механическим составом, большей емкостью поглощения и более высоким содержанием гумуса. Установлена также определенная зависимость сорбции микроорганизмов от степени их подвижности. Подвижные микроорганизмы слабо сорбируются, что, по-видимому, связано с их способностью противостоять силам адсорбции.

Благодаря огромной активности поверхности, почва постоянно выполняет важнейшую функцию сорбента поступающего в почву тонкодисперсного вещества. Основной механизм данной функции почв — адсорбция коллоидами почвы газов, жидкостей, особенно воды, молекул и ионов веществ, поступающих в почву различными путями: из атмосферы, с боковыми и грунтовыми водными потоками, растительным опадом и др.

Поглотительная способность почв, основы учения о которой были заложены К. К. Гедройцем, имеет исключительное значение в жизни почв и биоценозов. Среди положительных эффектов сорбционной функции следует прежде всего назвать удержание почвой в состоянии обменного поглощения элементов питания, поступающих в нее и высвобождающихся в ходе выветривания минералов почвообразующей породы. Кроме того, благодаря сорбционной функции, возможна жизнь не только на богатых, но и на бедных по составу почвах.

Сорбционная функция оказывает существенное влияние на снабжение растений элементами питания в культурных агроценозах. Это влияние двойственное и характеризуется как положительными, так и негативными эффектами. К числу положительных эффектов относится прежде всего удержание почвой элементов питания от быстрого вымывания атмосферными осадками, а также удержание элементов питания, вмытых в нижние горизонты.

Но, несмотря на предотвращение чрезмерного вымывания элементов питания благодаря их поглотительной способности, во многих почвенных разностях происходит связывание элементов в малодоступные формы, что значительно снижает эффективность удобрения. Почвы могут переводить также значительную часть поступающей в них воды в труднодоступное состояние, создавая мертвый запас влаги. С облегчением механического состава почвы и уменьшением объемной массы запасы доступной растениям влаги возрастают. Также к числу отрицательных эффектов относится то, что попавшие в почву вредные соединения и элементы могут удерживаться ею многие годы. Например, ртуть, попавшая на поверхность почвы, вымывается очень медленно.

Что касается почвы как источника питательных элементов и соединений, стоит прежде всего сказать, что подавляющая часть растений одновременно обитает в двух средах: в почве и нижнем слое атмосферы. В связи с этим для них характерны два типа питания — воздушный и почвенный. Атмосфера является главным поставщиком углерода и кислорода. Основным же источником других элементов и влаги оказывается почва, несмотря на то, что частично элементы зольного и азотного питания могут поступать через листья (например, аммиак — из воздуха, соли — из дождевой воды).

Из почвы, помимо воды, растения получают различные минеральные вещества: азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу, железо, марганец, медь, молибден, бор, цинк и др. Причем, большинство растительных организмов предъявляют определенные требования к доступным пищевым ресурсам почвы. В результате в естественных экосистемах в ходе длительной эволюции произошла взаимная подгонка почв и поселяющихся на них фитоценозов в целях оптимизации миграции вещества. Как правило, иная картина наблюдается при выращивании большей части сельскохозяйственных культур.

Отчуждение с урожаем значительной или большей доли биомассы, а также возделывание многих растений на почвах, где они изначально не произрастали, ведут к тому, что пахотные земли при отсутствии специальных агротехнических приемов по поддержанию их плодородия перестают справляться со снабжением посевов необходимыми элементами. Поэтому для эффективного использования сельскохозяйственных угодий необходимы постоянное регулирование почвенного плодородия и оптимизация минерального питания растений.

Сущность функции депо элементов питания, энергии и влаги состоит в том, что почва имеет резерв названных компонентов, который используется организмами при израсходовании наиболее легкодоступных запасов. Почвенное депо образуют соединения, законсервированные в аморфных, кристаллических формах, подвижные соединения и влага, находящиеся в глубоких горизонтах и др.

Наличие депо обеспечивает существование организмов, несмотря на периодически возникающие перерывы в поступлении в почву влаги, растительного опада, удобрений. Это — залог устойчивости почвенного плодородия и поддержания необходимых условий существования живых организмов. В случае, когда почвенное депо невелико, в снабжении организмов часто наступают перебои. На таких почвах могут существовать в основном виды, приспособленные к резким колебаниям гидротермического и пищевого режимов. Примером почв со слаборазвитым депо являются таежные почвы, сформировавшиеся на однородных кварцевых песках, на которых произрастает неприхотливая сосна обыкновенная. В случае же хорошо выраженного депо можно выращивать урожаи, не внося полные дозы удобрений.

Отмечая важную роль почвенного пищевого депо, необходимо подчеркнуть и тесную зависимость почвенного плодородия от эффективности механизмов перевода потенциально доступных элементов питания в легкоусвояемую форму. Например, большие запасы органически связанного азота в почве не представляют ценности, пока этот азот не будет переведен в минеральную ионную форму.

Функция стимулятора и ингибитора биохимических и других процессов обусловлена прежде всего тем, что в почву поступают разнообразные продукты метаболизма растений, микробов, животных: аминокислоты, белки, витамины, спирты и др., которые могут стимулировать или угнетать жизнедеятельность живых организмов.

Рассматриваемая проблема по отношению к почвенной экологии имеет несколько аспектов, среди которых к числу наиболее важных относится выявление вклада почвенных биохимических взаимовлияний в общую динамику экосистем и формирование биологической продукции. Практика показывает, что в ряде случае существенные стороны жизни наземных биоценозов контролируются данной функцией почв.

В качестве примера можно привести почвоутомление, когда почвы снижают свою производительную способность. Несмотря на достаточное количество в них элементов питания и благоприятные климатические условия. Обычно это происходит на пахотных землях при монокультуре. Почвоутомление может быть вызвано развитием специфических патогенных микроорганизмов, паразитирующих на определенных видах растений, увеличением засоренности посевов сорняками и ухудшением водно-воздушного режима почвы. Нередко отмечается угнетение растений под действием корневых выделений. Угнетение одного вида другим неоднократно наблюдалось у лесных насаждений. Так, выявлено отрицательное биохимическое влияние на дуб ясеня, вяза, осины, сосны.

Трудности диагностики активаторно-ингибиторных особенностей почв по отношению к тому или иному виду растения обусловлены эффектами взаимодействия и изменчивости других биогеоценотических функций почвы. Так, лучший рост сосны с небольшой примесью березы может быть связан не только с тем, что выделения березы в небольших концентрациях положительно влияют на сосну, но и с обогащением почвы листовым опадом березы, т. е. усилием почвенной функции источника элементов питания.

Рассматриваемая функция почвы также тесно зависит от выделений микроорганизмов, которые оказывают большое влияние на питание растений. Существуют микробы-антагонисты, подавляющие рост чуждых им микроорганизмов путем выделения веществ типа антибиотиков.

Активаторно-ингибиторная функция тесно зависит не только от характера метаболитов живых организмов, поступающих в почву, но и от динамики других ее компонентов. Так, большое значение имеет изменчивость влажности почвы, существенно влияющей на динамику метаболитов, поступающих в нее. Установлено, что обмен корневыми выделениями происходит в широком диапазоне почвенной влажности — от 25% до 90% полной влагоемкости. Однако интенсивный обмен корневыми выделениями и их активное биохимическое взаимовлияние наблюдаются при влажности около 70%. Уменьшение или увеличение влажности почвы по сравнению с оптимальными значениями вызывает торможение поглотительной деятельности корневых систем и резкое снижение обмена корневыми выделениями.

Учет динамики активаторно-ингибиторной функции почв нередко позволяет более объективно оценить причины происходящих изменений в экосистеме, поскольку они контролируются не только конкурентными отношениями видов, но и их биохимическими взаимовлияниями через посредство поступающих в почву продуктов метаболизма.

2.3 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.

2.3 Целостные функции почвы

Ряд экосистемных функций почвы определяется совокупным действием многих ее свойств и почвообразовательных процессов, в связи с чем почва в этом случае выступает как единое целое. К данной категории относятся функции защитного и буферного биогеоценотического экрана, санитарная роль почв, трансформация почвой вещества и энергии, находящихся или поступающих в экосистемы.

Экосистемы суши находятся в существенно иных условиях, чем экосистемы Мирового океана. Характерная особенность «сухопутных» местообитаний — резкие перепады увлажненности и обеспеченности теплом. В таких условиях особое значение приобретают буферные и регуляторные механизмы, обеспечивающие гомеостаз системы. Благодаря способности почвы впитывать и аккумулировать атмосферную влагу, с одной стороны, предотвращается застаивание воды на ее поверхности во время снеготаяния и ливней, а с другой ослабляется чрезмерная сухость приземных слоев воздуха во время засух. Если указанная способность выражена слабо, биоценозы испытывают большие затруднения в своем существовании и в экстремальных условиях могут редуцироваться до весьма ограниченного числа видов.

Показательны в этом отношении слабоводопроницаемые глинистые такыры пустынь, где в период снеготаяния и дождей скапливается вода прямо на поверхности, а в засушливое время полностью отсутствует доступная для растений влага. Такие крайние состояния такыров позволяют выживать на них в основном микроорганизмам и водорослям. Другое дело — песчаные массивы, сложенные закрепленными песками. Многие из них благодаря аккумуляции влаги оказываются средой, пригодной для выживания значительного числа видов организмов, в том числе кустарников и деревьев.

Существенной стороной рассматриваемой функции является также защита почвой биогеоценозов от механического разрушения под действием различных факторов: воды, ветра, силы тяжести, что достигается за счет таких свойств почвы, как способность противостоять водной эрозии, удерживать растения в вертикальном положении, противодействовать распылению мелкозема и др. Данные свойства, как правило, хорошо выраженные у целинных разностей, часто ухудшаются в результате обработки земель. В то же время комплекс разносторонних мелиоративных мероприятий может не только сохранить эти свойства, но и улучшить их, особенно в случае малопродуктивных почв.

Под санитарной функцией почвы понимается способность почвообразовательных процессов перерабатывать ежегодно попадающие в почву и на ее поверхность отходы жизнедеятельности организмов, растительный опад, посмертные останки животных, а также те антропогенные загрязнения, которые частично или полностью обезвреживаются почвой.

Основной аспект проявления санитарной функции связан с деструкцией поступающих на поверхность почвы органических остатков. Если бы образующийся из года в год растительный опад только накапливался и не подвергался минерализации, то поверхность Земли оказалась бы забитой отходами жизнедеятельности организмов и жизнь на планете в конце концов стала бы невозможной. Это не произошло до сих пор, потому что почвенные организмы (преимущественно микроскопические) подвергают разрушению и минерализации поступающие в почву и на ее поверхность органические остатки и тем самым не только переводят в доступную для усвоения форму содержащиеся в опаде вещество и энергию. Так же они предохраняют ландшафты от самозагрязнения, отравления и в конечном счете гибели.

Длительное время считали, что деструкция органических остатков осуществляется только микробами. В дальнейшем была установлена важная роль в данном процессе почвенных беспозвоночных. Эти животные не только участвуют в разложении опада на поверхности почвы, но и вовлекают органические остатки в саму почву, увеличивая тем самым возможность их активного изменения.

Там, где санитарная функция беспозвоночных (особенно почвенных) ослаблена, в экосистеме быстро происходят различные неблагоприятные изменения. Так, в Австралии некоторые пастбища страдали из-за того, что на поверхности почвы стал скапливаться не разложившийся из-за недостатка навозников помет скота. Завоз навозников быстро привел к разложению скоплений навоза и значительному повышению урожайности пастбищ.

Не менее важной функцией является трансформация почвой вещества и энергии в биогеоценозах. Проявление данной функции предполагает работу почвы как сложноорганизованной системы, способной изменять и трансформировать различные типы природных соединений — косных, биокосных и органогенных. При реализации данной функции, прежде всего происходит преобразование почвообразовательным процессом исходного вещества материнских пород и продуктов, поступающих с пылью, атмосферными осадками, поверхностными и грунтовыми водами, растительными остатками. В результате этого преобразования, почва приобретает благоприятные свойства для поселяющихся на ней биоценозов. Так, в горизонтах, ответственных за обеспечение растений элементами питания, наблюдается не только накопление в растворимой и обменной форме многих соединений, но и определенное изменение соотношения между рядом элементов по сравнению с тем, которое имелось в исходной породе.

В связи с этим, почвы по сравнению с горными породами содержат обычно больше углерода, азота, фосфора, калия и других элементов, из которых строятся ткани живых организмов. Эко оказывается возможным благодаря огромной геохимической работе почв и живого вещества по трансформации материнских пород и органогенных остатков, возникающих в ходе жизнедеятельности организмов. Важный результат данной трансформации — освобождение в ходе разложения органических остатков, энергии, аккумулированной при фотосинтезе. Причем существенно то, что энергия высвобождается не только в тепловой, но и химической форме, что имеет не меньшее значение, чем образование органических соединений. Во многом благодаря постоянному преобразованию косного вещества, почвы живут как неравновесные, весьма динамичные системы, богатые свободной энергией.

Заключение

Почва — колоссальное природное богатство, обеспечивающее человека продуктами питания, животных — кормами, а промышленность сырьем. Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства; она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы земли в целом. Через почвенный покров земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Почва играет огромную функциональную роль в экосистемах Земли. Она выполняет информационные и целостные функции, а также множество функций, обусловленных ее физическими, физико-химическими свойствами.

Так, почва является жизненным пространством для большого количества растений, животных и микроорганизмов. Это следует учитывать при застройке и хозяйственном освоении крупных земельных массивов, которые могут привести к существенным изменениям в почвенном мире живых существ, вызывая гибель или миграцию многих из них.

Помимо прочего, почва оказывается не просто вместилищем живых организмов, но жилищем, защищающим их от переохлаждения и перегрева. Также почва выполняет опорную функцию, которая позволяет растениям сохранять вертикальное положение, быть устойчивым к ветровалам и противодействовать силе тяжести.

Благодаря своим свойствам большинство почв оказывается не только жизненным пространством, пригодным для обитания многочисленных видов наземных организмов, но и средой, в которой сохраняются семена и другие зачатки. На поверхности почвы и в свежем опаде перезимовывают семена высших растений, с тем, чтобы на будущий год дать новое потомство или пополнить почвенный семенной запас многолетнего хранения. Кроме этого, важным проявлением почвенной функции сохранения и депо зачатков организмов является наличие в большинстве почв избыточного пула (запаса) микробов. Микробный пул оказывается богатым по видовому разнообразию, что весьма важно для успешного функционирования почв и экосистем.

Стоит заметить, что поглотительная способность почв имеет исключительное значение в жизни почв и биоценозов. Благодаря огромной активности поверхности, почва постоянно выполняет важнейшую функцию сорбента поступающего в почву тонкодисперсного вещества, в том числе необходимого для жизнедеятельности организмов в частности и функционирования экосистем в целом.

Также из почв растения получают различные минеральные вещества: азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу, железо, марганец, медь, молибден, бор, цинк и др. Причем, большинство растительных организмов предъявляют определенные требования к доступным пищевым ресурсам почвы. В результате в естественных экосистемах в ходе длительной эволюции произошла взаимная подгонка почв и поселяющихся на них фитоценозов в целях оптимизации миграции вещества.

Сущность функции депо элементов питания, энергии и влаги состоит в том, что почва имеет резерв названных компонентов, который используется организмами при израсходовании наиболее легкодоступных запасов. Наличие депо обеспечивает существование организмов, несмотря на периодически возникающие перерывы в поступлении в почву влаги, растительного опада, удобрений. Это — залог устойчивости почвенного плодородия и поддержания необходимых условий существования живых организмов.

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