Роль почвы в ландшафте

Срок хранения семян в почве  может достигать ряда лет (десятки  и сотни). Особенно длительно сохраняются  микроорганизмы в состояние анабиоза в условиях многомёрзлых почв и грунтов – сотни лет и тысячелетия. Такое явление имеет огромное научное и прикладное значение.

То, что почва оказывается благоприятным местом для длительного сохранения зачатков организмов в жизнеспособном состоянии, связано с особенностями её как среды обитания, среди которых выделяются значительная изолированность и защищённость её от резких изменений воздушной среды, а также значительно меньшее содержание в почвенном воздухе кислорода. Полагают, что именно отсутствие предпосылок для окислительных процессов позволяет жизнеспособным структурам долгое время находиться в состоянии анабиоза. 

Наличие предпосылок для сохранения в почве зачатков организмов приводит к их накоплению, в результате чего почва начинает выполнять функцию  депо семян и других зачатков. Некоторые  исследования позволяют утверждать, что данная функция играет важную роль во многих биогеоценотических процессах, а её изучение помогает полнее понять жизнь экосистем суши Земли. Например: быстрое зарастание вырубок и гарей.

Почвенный запас семян в лесу – важный, интересный и ещё мало изученный вопрос. 
Важное проявление почвенной функции сохранения и депо зачатков растений – наличие в большинстве почв избыточного пула (запаса) микробов, не обеспеченных органическим веществом и другими элементами питания. – Сезонные вспышки активности, богатый генофонд и др. (Добровольский, Никитин, 2006).

 

1.2. Химические и биохимические функции.

1.2.1. Почвенный источник питательных элементов и соединений.

 

Почва как источник питательных  элементов и соединений – это  одна из наиболее важных функций, для изучения которой проводились многочисленные агрохимические исследования. Питательные элементы почвы играют решающую роль в создании биологической продукции. Именно они поглощаются растениями, являющимися исходным звеном в трофических цепях. Прямое же использование достаточно сложных химических соединений для растительных организмов обычно не существенно. 
    Подавляющая часть растений обитают одновременно в двух средах: в почве и в нижнем слое атмосферы. Главным поставщиком кислорода и углерода является атмосфера, но основным источником всех остальных элементов – почва! Из почвы помимо воды растения получают азот (аммонийный и нитратный), фосфор (моно- и ди-), калий, кальций, магний, серу, железо, марганец, медь, молибден, бор, цинк и др. 
    В ходе эволюции произошла взаимная подгонка почв и поселяющихся на них фитоценозов в целях оптимизации миграции вещества. Для сельскохозяйственных растений – картина иная. Отчуждение с урожаем большой доли биомассы, а также возделывание растений на почве, где они изначально не произрастали, ведёт к тому, что пахотные земли без специальных технических мероприятий не в состоянии оставаться плодородными и снабжать растения необходимыми элементами. 
    Фундаментальные агрохимические исследования Соколова, Петербургского, Авдонина, Пейве, Рассела, Минеева и др. показали, что для эффективного использования сельскохозяйственных угодий в первую очередь следует поддерживать в почве достаточное количество всех основных элементов питания в доступных для усвоения формах.

 

1.2.2. Депо влаги, элементов питания и энергии.

 

 

    Сущность этой функции состоит в том, что почва имеет резерв названных компонентов, который используется организмом при израсходовании наиболее легкодоступных запасов. Почвенное депо образуют соединения, законсервированные в аморфных, кристаллических формах и коагулированных гумусовых кислотах, 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 и удобрений. 
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 таёжные почвы, сформировавшиеся на кварцевых песках, на которых произрастает неприхотливая сосна обыкновенная.   

При наличии достаточно мощного  депо можно выращивать и собирать на почвах высокие урожаи, не внося  при этом значительного количества удобрений. Например Ротамстедская опытная станция (Англия): 100 лет не вносили не органических ни минеральных удобрений но при этом урожайность составила 25% от урожаев европейских стран. Урожай корнеплодов на той же станции составил 10% от нормального.  
Разумеется, только за счёт почвенных резервов невозможно бесконечно получать высокие урожаи. И вышеприведённый пример показывает это вполне наглядно. Однако как в естественных экосистемах, так и в агроценозах почвенное депо играет роль буфера, помогающего устранять перебои в питании растений в случае экстремальных или критических значений того или иного внешнего фактора. Слаборазвитое почвенное депо либо его полное отсутствие приведут к высокой степени уязвимости экосистемы и невозможности быстро восстанавливаться после экстремальной жары, наводнения, пожара и других стихий.

В агроценозах, при отсутствии в  почвах достаточного пищевого запаса, культуры полностью зависят от насыщенности ППК элементами питания, который  для получения стабильных урожаев должен регулярно пополняться внесением удобрений, поскольку некоторые катионы (например, К) могут полностью удаляться с одним большим урожаем. Роль пищевого депо, проявляется также и в механизме перевода потенциально доступных элементов питания в легкоусвояемую форму. От эффективности действия данного механизма напрямую зависит плодородие почв. Например, органически связанный азот в почве не представляет для растений никакой ценности, пока этот азот не будет переведён в минеральную ионную форму.

 

1.2.3. Стимулятор и ингибитор ряда биохимических процессов.

 

 Данная функция почвы обусловлена  тем, что в неё поступают разнообразные  продукты метаболизма растений, микробов, животных которые могут стимулировать  или угнетать жизнедеятельность живых организмов. 
В настоящее время накоплен значительный материал по взаимному влиянию живых

Схема влияния фитондидов одного растения на другое (Колесниченко,1976)

организмов посредством поступающих  в почвенную и воздушную часть  биогеоценоза метаболитов. В качестве примера можно привести почвоутомление, когда почвы снижают свою продуктивность, несмотря на достаточное количество в них элементов питания и благоприятные климатические условия. Обычно это происходит при возделывании монокультуры. Причиной почвоутомления могут выступать специфические патогенные микроорганизмы, паразитирующие на определённых видах растений. В ряде случаев оно связано с увеличением засорённости 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 Выделение определённых растений могут влиять на развитие других растительных организмов не только отрицательно, но и положительно.

Так, при исследовании взаимоотношений древесных пород установлено положительное влияние на дуб выделений липы мелколистной и клёна остролистного. Отмечено также положительное биохимическое взаимовлияние сосны и лиственницы.

 

Биохимические влияния  древесных пород (Колесниченко,1976)

 

Главная порода (акцептор)	Доноры фитонцидов
	активаторы	ингибиторы
Дуб обыкновенный	Гледичия обыкновенная, жимолость  татарская, клены остролистный, полевой, татарский, лещина обыкновенная, липа мелколистная, орех грецкий, свидина кроваво-красная	Акация белая, береза бородавчатая, вязы обыкновенный и мелколистный, клен ясенелистный, осина, сосна обыкновенная, скумпия, тополь канадский, ясени обыкновенный и пушистый
Сосна обыкновенная	Лиственница сибирская, скумпия	Акация желтая, береза бородавчатая, дуб обыкновенный, жимолость татарская
Лиственница сибирская	Вяз обыкновенный, дуб летний, клен остролистный, липа мелколистная, сосна  обыкновенная, ясень обыкновенный	Береза бородавчатая
Береза бородавчатая	Клен остролистный, липа мелколистная, лиственница сибирская, ясень зеленый	Вяз обыкновенный
Вяз мелколистный (перистоветвистый)	Ирга  круглолистная, клен татарский, ясень пушистый, скумпия	Бузина красна, лох узколистный, смородина золотистая, тополь канадский
Тополь канадский (дельтовидный)	Акация белая, акация желтая, жимолость  татарская, клен татарский, ольха черная, скумпия, ясень пушистый	Береза бородавчатая, вяз мелколистный, бузина красная
Орех грецкий	-	Дуб обыкновенный

Примечание. В группу активаторов включены и породы индифферентные.

 
Часто наблюдается и безразличное отношение растений как к собственным, так и к чужим корневым выделениям: конопля, картофель, пшеница, ячмень, кукуруза не проявляют признаков самоотравления (Иванов, 1973). Индифферентны к выделениям друг друга дуб и ель.

Примером влияния метаболитов  на пищевой режим почвы может  служить усвоение элементов питания  из нерастворимых органических веществ  под действием внеклеточных ферментов  растений и микроорганизмов. Кроме  того, корни растений выделяют органические кислоты (яблочную, щавелевую, янтарную и др.), с помощью которых происходит растворение и усвоение ряда минеральных соединений из почвы (Колесниченко, 1976, Остроумов, 1986). 
Давно известно под воздействием выделений живых организмов может изменяться рН почвенных растворов. Например, общеизвестен подкисляющий эффект корневых систем хвойных растений. В зоне распространения корней сосны концентрация водородных ионов на 0,2-0,4 (иногда на 0,5-0,8) выше чем за её пределами (Ковда, 1973).

Активаторно-ингибиторная функция зависит не только от характера метаболитов живых организмов, поступающих в почву, но и от динамики других её компонентов. Большое значение имеет изменчивость влажности почвы, существенно влияющей на динамику метаболитов, поступающих в неё. Установлено, что обмен корневыми выделениями происходит в широком диапазоне почвенной влажности от 25 % до 90 % полной влагоёмкости. Однако наиболее интенсивный обмен корневыми выделениями, и как следствие, их наибольшее участие в биохимических реакциях наблюдаются при влажности 70%.

 

1.3. Физико-химические функции.

1.3.1. Сорбция тонкодисперсного вещества, поступающего из атмосферы с боковым и грунтовым водным потоком и растительным опадом.

 

Основной механизм данной функции  почв – адсорбция коллоидами почвы  газов, жидкостей, особенно воды, молекул и ионов веществ, поступающих в почву различными путями. Имеет место также механическое задержание в порах части суспензий и эмульсий и химическое поглощение их почвой при образовании нерастворимых соединений. Выделяют и биопоглотительную способность – удержание элементов микроорганизмами, корневыми системами и почвообитающими животными, но это поглощение не есть почвенная функция.

Наибольший интерес представляет адсорбция, размах которой обусловлен огромной активной поверхностью мелкозёма. Поглотительная способность почв в наибольшей степени  зависящая от дисперсности материала, заметно возрастает при утяжелении механического состава почвы. Она существенно зависит и от вещественного состава почвенных коллоидов – от соотношения органического и минерального компонентов и природы глинистых материалов.

Поглотительная способность почв (основы учения заложил К.К.Гедройц) играет значительную роль в жизни почв и биогеоценозов. Положительный эффект – удержание почвой в состоянии обменного поглощения элементов питания, поступающих в неё и высвобождающихся в ходе выветривания минералов почвообоазующей породы. Существование организмов в ландшафтах гумидного климата во многих случаях будет крайне затруднено, если питательные соединения немедленно удалятся из почвы выпадающими осадками.

Благодаря сорбционной функции  возможна жизнь не только на богатых, но и на бедных по составу почвах («жирный тук» Ломоносов). Так сосновые леса, произрастающие на бедных кварцевых песках, обеспечиваются большим количеством соединений, поступающих с атмосферными осадками и пылью, которые удерживаются почвенно-растительным покровом.

Во многом благодаря сорбционной  функции оказывается возможным  почти круговой характер естественных биохимических циклов элементов в экосистемах Земли (95-98 % повторяющихся ненарушенных циклов (Ковда В.А. 1975).

Сорбционная функция оказывает  существенное влияние на снабжение  растений элементами питания в культурных агроценозах. 

Положительным проявлением сорбционной  функции является удержание элементов питания, вмытых в нижние горизонты. Ветселер (1962) установил, что нитраты, вымытые из верхних горизонтов, задерживались в нижних вплоть до глубины 3 м. Максимальная концентрация отмечалась на глубине 75-120 см. Этот азот мог быть извлечён неглубоко укореняющимися культурами, но использовался растениями с глубоко проникающими корнями.

Сорбционная функция почв может  давать и отрицательные эффекты: во многих почвенных разностях происходит связывание элементов в малодоступные  формы, что значительно снижает эффективность удобрений. Почвы могут также переводить значительное количество воды в труднодоступное состояние (мёртвый запас влаги). Особенно значительные её запасы бывают на почвах тяжёлого механического состава (Качинский,1965; Судницын,1980; и др.). 
Среди конкретных способов оптимизации почвенного поглощающего комплекса следует назвать известкование кислых почв, содержащих повышенное количество обменного водорода и алюминия, гипсование солонцовых почв, обогащение почв гумусом путём внесения навоза, зелёных удобрений, травосеяния, внесения глины, сапропелевого ила, торфа, повышенных доз навоза в песчаные почвы. 

Наиболее плодородные почвы  страны – чернозёмы, пойменные луговые  и лугово-дерновые – характеризуются  благоприятным составом почвенного поглощающего комплекса с содержанием обменного кальция до 70-80 %. 

При рассмотрении поглотительной способности почв следует обратить внимание на то, что проявление сорбционной функции вызывает ряд нежелательных явлений в случае загрязнения ландшафтов промышленными отходами, сточными водами и ядохимикатами. Попавшие в почву вредные соединения и элементы часто удерживаются ею долгие годы.