Почва – базовая составная агроэкосистемы

 

 

 

 

 

 

2.Функциональная роль почвы в экосистемах

 

Экологические функции почв – учение о роли и формах участия почв в функционировании и динамике различных природных и социоприродных систем.

Глобальные функции подразделяются на гидросферные, атмосферные, литосферные, обще биосферные и этносферные.

В группе гидросферных функций почв обособляются: трансформация почвой поверхностных вод в грунтовые; участие почвы в формировании речного стока и влияние ее на биопродуктивность водоемов за счет приносимых почвенных соединений; работа почвы в качестве сорбционного барьера, защищающего акватории от загрязнений и др.

Антропогенная деятельность вызывает сильные изменения водного режима почв и водного баланса территорий. К сожалению, последствия этих изменений учитываются явно недостаточно, хотя во многих случаях они служат причиной крупных негативных явлений регионального и глобального масштаба. Среди них – нарушение естественного водообмена в геосистемах, гипертрофирование гидрологических функций почв, их переувлажнение при орошении, что сопровождается процессами вторичного засоления, опустынивания в аридных и семиаридных зонах.

Группа атмосферных функций почв включает в себя: поглощение и отражение почвой солнечной радиации; регулирование влагооборота атмосферы; поставку в воздушную оболочку твердого вещества и микроорганизмов; поглощение и удержание некоторых газов от ухода в космическое пространство; регулирование газового режима атмосферы. Благодаря расположению на стыке с атмосферой, пористому сложению и активному продуцированию газов почвенной биотой газообмен между воздухом и почвой совершается весьма интенсивно. Так, в структурном пахотном горизонте почти полное обновление воздуха может происходить каждый час.

Масштабы потребления и выделения газов почвой характеризуются исключительным размахом. За 1 ч. кислорода потребляется 1000-4000 л/га, в таких же примерно количествах выделяется углекислый газ.

Важным является взаимодействие почвы с подземной атмосферой, представляющее весьма важную область исследований. Значимость этого вопроса становится все более очевидной в связи с установлением значительного разнообразия проявлений подземной атмосферы и большого ее удельного веса в суммарной газовой оболочке Земли.

Работы микробиологов показали, что в почве распространена микрофлора, окисляющая углеводороды, проникающие в нее из подземной атмосферы. Причем повышенные концентрации бактерий, окисляющих пропан и гептан, были обнаружены над залежами нефти и газа. В то же время в приземном воздухе этих районов до вскрытия месторождений углеводороды отсутствовали, что свидетельствует об эффективности работы почвенного бактериального фильтра. Экологическое значение данной функции почвенных и подпочвенных микроорганизмов трудно переоценить, ведь благодаря ее действию атмосферная среда обитания высших организмов оказывается защищенной от вредного действия горючих газов. Там, где в районе промыслов уничтожается почвенный защитный бактериальный фильтр, содержание углеводородов в атмосфере достигает десятых долей, а иногда и нескольких процентов.

Таким образом, можно констатировать, что газорегуляторная функция почвы наряду с аналогичной функцией наземных биоценозов – действенный механизм поддержания почвой атмосферы в определенном режиме, сформировавшемся в ходе эволюции. Это достигается многообразием и эффективностью конкретных форм влияния почвы на атмосферу, к которым относятся: выделение многочисленных газообразных почвенных продуктов в атмосферу, биологическое и физико-химическое поглощение газов тропосферы, фиксация газов, выделяющихся из недр Земли, и др.

Литосферные функции почв включают в себя: биохимическое преобразование верхних слоев литосферы при участии почвообразовательного процесса; роль почвы как источника вещества для образования минералов, пород, полезных ископаемых; вклад почвы в защиту литосферы от чрезмерной эрозии, в обеспечение условий ее нормального развития и др.

В группе обще биосферных почвенных функций почва выступает как среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши, связующее звено биологического и геологического круговоротов, планетарная мембрана, защитный барьер и условие нормального функционирования биосферы, фактор биологической эволюции.

Особый интерес представляет роль почвы как среды обитания и фактора биологической эволюции. Роль почвы как среды обитания для растений и животных проявляется, прежде всего, в том, что именно с ней связаны существование большинства видов живых организмов и образование основной массы живого вещества планеты.

Доказано, что без почвы оказалось бы невозможным то разнообразие наземных форм жизни, которое имеет место в настоящее время. Однако антропогенные воздействия на биосферу, приводящие к негативным изменениям в почвенной оболочке, ослабляют ее роль как благоприятной среды обитания для многих групп организмов, что с неизбежностью приводит к снижению биоразнообразия.

Этносферные функции почв. Среди выдающихся достижений междисциплинарных направлений исследования взаимосвязей природы и общества в числе первых следует назвать географо-этнологические работы Л.Н.Гумилева, обобщенные им в монографиях «Этногенез и биосфера Земли» (1990), «Тысячелетие вокруг Каспия» (1993) и ряде других публикаций. Убедительно показав, что «разнообразие ландшафтов – вот причина этнической мозаичности, а тропосферы», ученый стимулировал многие науки по-новому оценить степень зависимости этносов и общества в целом от различных компонентов географической среды и биосферы в целом. Данная оценка должна коснуться и почвоведения, поскольку в прямой и опосредованной форме степень влияния почвы на этногенез весьма ощутимо.

Анализ данного вопроса дает основание выделить категорию этносферных, а также социосферных функций почвы, существенно определяющих этногенез и жизнь этносферы и социосферы. Среди таких функций можно назвать: роль почвы как одного из важных факторов существования и динамики этносферы и социосферы; участие ее в формировании полезных ископаемых и энергетических ресурсов, используемых этносами Земли; почва как место для поселений, промышленных и дорожных объектов; сохранение почвой информации о развитии природной и этно- культурной среды и др.

Особую категорию образуют функции почв в биогеоценозах – наземных экосистемах; Биогеоценотические (БГЦ) функции целесообразно объединить в группы в соответствии с основными свойствами почв. Физические, химические и физико-химические свойства почв определяют такие их функции, как: жизненное пространство; жилище и убежище; механическая опора; депо семян и других зачатков; источник элементов питания; стимулятор и ингибитор биохимических процессов, идущих в биогеоценозе; депо влаги, элементов питания и энергии; сорбент микроорганизмов и др. Важно подчеркнуть, что наиболее "популярная" функция почв как источника элементов питания – это одна из многих узловых биогеоценотических функций, но отнюдь не единственная. Поэтому ее чрезмерное усиление (например, с помощью минеральных удобрений) с неизбежностью приводит к существенным, часто неблагоприятным трансформациям других биогеоценотических функций. Это, к сожалению, очень долгое время не могли понять сторонники повышенных доз минеральных удобрений, внесение которых, как правило, сопровождается многими отрицательными последствиями.

В связи с разработкой учения об экологических функциях почв по-новому должно пониматься почвенное плодородие. В свете разрабатываемых представлений об экологической полифункциональности почвы, ее плодородие можно определить как одну из наиболее интегральных почвенных экологических функций, обеспечивающую формирование биомассы растений, имеющую относительный характер, отличающуюся сильной пространственно-временной изменчивостью и обусловленную взаимодействием различных свойств и функций почвы. По-видимому, целесообразно пользоваться двумя родственными понятиями: понятием биологической продуктивности почв – способностью обеспечивать рост, развитие и формирование биомассы различных организмов, связанных с почвой, и понятием плодородия почв, под которым подразумевается более конкретная функция – способность почвы обеспечивать создание биомассы растений.

Почвоутомление - резкое снижение урожайности с.-х. культур при бессменном возделывании или частом возвращении на прежнее поле севооборота одного и того же рода. Наиболее часто наблюдается при повторных посевах льна (льноутомление), клевера (клевероутомление), сахарной  свёклы , хлопчатника, подсолнечника и некоторых других растений. Основными причины: накопление в почве токсичности веществ, выделяемых корнями растений, некоторыми микроорганизмами; размножение специфичных вредителей, возбудителей болезней и сорняков. Меры борьбы: соблюдение севооборота, выращивание устойчивых сортов, обработка почвы и посевов пестицидами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Почвенно-биотический комплекс как основа агроэкосистемы

 

Почвенно-биотический комплекс (ПБК) – целостная материально-энергетическая подсистема агробиоценозов.

Почва – сложнейшая система, одним из основных функциональных компонентов которой является почвенная биота. От деятельности этих организмов зависят характер и интенсивность биологического круговорота веществ, масштабность и интенсивность фиксации атмосферного азота, способность почвы к самоочищению и пр.

В.В. Докучаев – основатель учения о почве как особом природном теле, впервые обратил внимание на значение микроорганизмов в процессе почвообразования. Особое значение имеют взгляды В.Р. Вильямса,  который связывал почвенную биоту с формированием биологического круговорота фиксации атмосферного азота.

В последнее время значение почвенной биоты существенно возросло, т.к. при техногенном загрязнении компонентов биосферы она выполняет ещё одну важную функцию – дезоксидацию различных соединений, присутствующих в почве, влияющих на состояние окружающей среды и качество сельхоз продукции. Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку – педосферу.

 Почва – продукт  совместного воздействия климата, растительности, животных и микроорганизмов  на поверхностные слои горных  пород. В этой сложной системе  непрерывно происходит синтез  и разрушение органического вещества, круговорот элементов питания  растений, детоксикация различных загрязняющих веществ и т.д.

Верхний слой почвы в целом состоит из минеральной субстанции – до 93% и органического вещества – 7% (из них мертвое органическое вещество – 5%). Масса бактерий составляет примерно 10 т/га столько же грибов, масса простейших – 370 кг/га. На 1 га пашни приходится 250 тыс. дождевых червей, на 1 га пастбищ – 500-1575 тыс., на 1 га сенокосов – 2-5,6 млн. В среднем биомасса почвенной фауны составляет 300кг/га на площади 80 млн. км2 (без пустынь).

Деятельность почвенной биоты состоит в разложении опада, минерализации органических веществ, что даёт возможность ассимиляции их продуцентами. От деятельности почвенной биоты зависит её плодородие, качество сельхоз продукции и состояние окружающей среды.

1. Роль дождевых червей в земледелии.

Заглатывая кусочки органических веществ, черви преобразуют их в кишечной полости, и выделяют в форме копролитов – «каменных» экскрементов.

Копролиты улучшают почвенную структуру, предохраняют её от размывания, меняют биохимический состав почвы, т.к. содержат в 5 раз больше биологического азота; в 7 раз богаче фосфором и в 111 раз калием по сравнению с поверхностным слоем почвы. В них содержится значительное количество кальция, что обеспечивает водопрочную структуру, кроме того, кальций снижает кислотность среды и создаёт условия, затрудняющие развитие таких болезней, как фузариоз, ржавчина, бактериозы и другие. Дождевые черви обогащают почву макро и микроэлементами, ростовыми веществами, антибиотиками.

2. ПБК в различных экологических условиях.

Почва – часть биосферы, где действуют различные экологические факторы, поэтому в природе существует множество почвенных типов с различным проявлением биологических процессов в них.

Так, чернозёмные почвы характеризуются наличием наибольшего количества почвенной биоты. Высокой численностью микроорганизмов характеризуются также каштановые почвы, а также серозёмы (при орошении). Поэтому эти почвы наиболее продуктивны и устойчивы к действию токсикантов.

Подзолистые и дерново-подзолистые обладают менее выраженным плодородием, а также низкой устойчивостью к антропогенному загрязнению.

Знание особенностей функционирования ПБК необходимо для создания продуктивных и устойчивых агроэкосистем, производства экологически безопасной сельхоз продукции и минимизации загрязнения биосферы.

4. Буферность почвы

Буферная способность почвы - способность её противостоять изменениям реакции. Благодаря Б. почв их реакция, при добавлении небольших количеств кислот или щелочей, сравнительно мало меняется, что очень важно для произрастания растений на почвах и развития в них микроорганизмов.

Буферной способностью обладает твёрдая часть почв и в меньшей степени почвенный раствор. В нейтральных и слабокислых почвах буферная способность почвенных растворов зависит б. ч. от наличия в них буферной системы из углекислоты и бикарбоната кальция. При добавлении к указанной буферной системе сильной кислоты образуется нейтрально реагирующая кальциевая соль последней и слабая кислота - СO2 в свободном состоянии; так.обр., вместо сильной кислоты в почвенном растворе остаётся слабая кислота, благодаря чему кислотность раствора мало повышается. Свободные щёлочи, в случае их прибавления к этой буферной системе, связываются углекислотой в углекислые соли [напр., Са(ОН)2 в трудно растворимый углекислый кальций], вследствие чего резкого подщелочения реакции не происходит. При наличии в почвенном растворе буферной системы из углекислоты и бикарбоната кальция рН раствора обычно колеблется в пределах от 5,3 до 8,4.

Буферность почвенных растворов может обусловливаться также наличием в них др. буферных систем - из фосфорной кислоты и её солей, органических кислот и их солей, солей алюминия и пр. или содержанием в почвенном растворе амфотерных веществ, обладающих способностью связывать как водородные, так и гидроксильные ионы (аминокислоты, гуминовые вещества и т. д.).

Состав почвенного раствора и, следовательно, его буферные свойства зависят от свойств твёрдой части почвы; последняя, в основном, и определяет буферность почв. Буферность твёрдой части почв обусловливается способностью органических и минеральных коллоидов к поглощению катионов. Поглощённые почвой основания обусловливают Б. п. по отношению к кислотам. Последние при их добавлении к почве нейтрализуются, в результате обменных реакций с поглощёнными основаниями.