Роль почвы в ландшафте

Городские отбросы и сточные  воды, применяемые для удобрения, оказывают неблагоприятные влияния  на качество урожая и затрудняют их использование в сельском хозяйстве, несмотря на богатство элементами.

Следует отметить возросшее значение соединений, попадающих в почву из атмосферы. Ежегодно в атмосферу  земливыбрасывается 5-10 на 10 в восьмой  тонн кислот (Ковда, 1979), которые выпадают с дождями, а из  за задержки в почве происходит выщелачивание Ca, Mg, K, увеличивается общая кислотность, мобилизуются Al, Fe, Mn, мобилизуется P, повышается токсичность  Hg, Pb и Cu.

В случае радиоактивных выпадений  из атмосферы часть их задерживается на растениях, часть попадает в почву. Интенсивность поступления радионуклидов в растения из почвы обычно меньше, чем при непосредственном загрязнении воздушным путём, что связано с их закреплением мелкозёмом. Однако роль почвенного источника радионуклидов может возрастать при многократном их поступлении на поверхность почвы. В этом случае загрязнение сельскохозяйственной продукции будет пропорционально общему количеству радионуклидов, попавших в почву за все предшествующие годы.

Из конкретных свойств почв существенное влияние на скорость выноса из неё техногенных радионуклидов оказывают их механический состав и рН. С утяжелением мехсостава и уменьшением кислотности радионуклиды удерживаются почвой более продолжительный срок.

 

 

 

1.3.2. Сорбция почвенным мелкозёмом микроорганизмов, обитающих в почве.

 

Эта функция имеет важное значение, так как благодаря ей микроорганизмы защищены от выноса за пределы почвенного профиля с нисходящим током влаги.

Наблюдается отчётливая зависимость  процесса сорбции от свойств микроорганизмов и особенности сорбента (Звягинцев, 1973). Одни микроорганизмы поглощаются интенсивно, другие меньше, третьи вообще не поглощаются определённым сорбентом. Поскольку почва гетерогенна – она представляет собой сложный сорбент с различными свойствами отдельных участков поверхности. В ней практически всегда может сорбироваться хотя бы небольшое количество любого микроорганизма.

Несмотря на известную «универсальность» сорбционной способности почв по отношению к микроорганизмам, для неё менее характерна отчётливая изменчивость, определяемая, прежде всего гранулометрическим, вещественным составом почв, а также их генетическими особенностями. Сорбция бактерий почвой возрастает вместе с мехсоставом, но эта зависимость не прямо пропорциональна в связи с влиянием других факторов (Chatterjee, Dalal, 1968).

Сорбция микроорганизмов почвой существенно зависит и от их минералогического состава, на первом месте стоят минералы группы монтмориллонита (Звягинцев, 1969, Великанов, 1969).

Генетические особенности: чернозёмы сорбируют больше микробов клеток, чем дерново-подзолистые и серые лесные почвы. Вообще их обычно сорбируют почвы с тяжёлым гран-составом, большей ёмкостью поглощения и содержанием гумуса.

Сорбционная способность зависит  от степени подвижности микроорганизмов: подвижные сорбируются слабо, так как способны противостоять силам адсорбции. Согласно Т.В. Аристовой (1965) микроорганизмы почв делятся на обитателей твёрдой фазы и обитателей почвенного раствора. Возможно, способность сорбироваться – приспособительный признак, выработавшийся у микроорганизмов в процессе эволюции (Рубенчик Л.И., 1934).

Сорбционной способностью обладают не только живые но и мёртвые клетки. Убитые нагреванием бактериальные  клетки в 90 % случаев сохраняют свои сорбционные свойства.

Влияют на сорбцию микроорганизмов и другие факторы: рН – существуют значения максимальной сорбции, есть зависимость от насыщенности почвенного поглощающего комплекса катионами. По интенсивности сорбции азотобактер образцы почв образуют следующий ряд: натрий – литий – аммоний – калий – магний – кальций – барий – аллюминий – железо. Таким образом, зависимость сорбции микроорганизмов от насыщенности почвенного поглощающего комплекса (ППК) разными катионами подобна влиянию состава ППК на коагуляцию коллоидов.

Сорбция зависит и от контакта между  клетками микробов и поверхностью сорбента. При благоприятных условиях может  достигать максимума уже через 5-10 мин.

Существенным фактором, влияющим на поглощение почвой и минералами микроорганизмов является также размер частиц. Сорбция тем больше, чем меньше размер. Это объясняется несколькими причинами: увеличением удельной поверхности на единицу веса; большей склонностью малых частиц образовывать агрегаты с клетками микроорганизмов; увеличением содержания вторичных минералов, полуторных окислов, органических коллоидов при уменьшении размера частиц. В подавляющем большинстве случаев имеет место адсорбция- поглощение клеток микроорганизмов  активной поверхностью  почвенного мелкозема. 

При характеристике сорбции микробов минералами и почвой необходимо подчеркнуть, что этот процесс не проходит бесследно для жизнедеятельности микроорганизмов. Опытами показано, что сорбция меняет интенсивность и направленность физиолого-биохимических процессов, осуществляемых микроорганизмами и их ферментами. Меняются скорость размножения, размеры и форма клеток. Основная причина данных изменений заключается в специфике условий на поверхности раздела твёрдой и жидкой фаз. Силы адсорбции не оказывают существенного действия на развитие микроорганизмов.

 

1.4. Информационные функции.

1.4.1. Функция сигнала для сезонных и других биологических процессов.

 

Данная функция контролируется в первую очередь периодически изменяющимися  параметрами почвы – её тепловым, водным, пищевым и солевым режимом. Ведущим фактором пробуждения роста корней в ельнике чернично-зеленомошном северной тайги является температура почв (Бобкова,1974). На холодных затапливаемых талыми водами почвах рост ели задерживался на 20 дней, несмотря на то, что температура воздуха благоприятствовала вегетации. В холодные годы период роста корней сокращался. Уменьшалась их биомасса на 8-15 %. В умеренных широтах почва контролирует развитие и других растений, например лиственницы на огромных просторах Сибири.

 Температура почв как фактор, регулирующий некоторые процессы, зависит от теплоёмкости и теплопроводности почв, запасов тепла (холода), влажности, температуры воздуха, потока радиации и отражающей способности почвы, интенсивности излучения в ночные часы и др. Данные параметры во многом определяются основными свойствами почвы. Теплоёмкость в зависимости от мехсостава может различаться в пять раз, а в зависимости от влажности – в 15 раз (Чудновский, 1999). 
В летнее время почва холоднее воздуха, температура в ризосфере в период активной вегетации на 2-5 градусов ниже температуры воздуха. Севернее 60 параллели не поднимается выше 12-14 градусов. Существуют также затухающие изменения температуры почв. На болотах суточный ход 15-25 см, годовой до глубины 3-3,5 м (Давыдов,1973). Таким образом, температура почвы как фактор регуляции езонных биологических процессов может быть наиболее важной для организмов, обитающих на небольших глубинах.

Не менее существенна роль и  других почвенных факторов, регулирующих сезонное развитие и активность живых организмов, связанных с почвой. Хорошо известно, что в районах недостаточного увлажнения смена фаз развития многих растений в годовом цикле определяется, прежде всего, динамикой водного режима почв. Ярким примером может служить ускоренное сезонное развитие эфемеров и эфемероидов, обусловленное непродолжительностью периода обеспеченности почв влагой аридных ландшафтов. Развитие яиц насекомых в почве зависит от влажности. Например, у саранчовых оно начинается только после увеличения влажности выше мёртвого запаса в слое, в котором отложены кубышки.  

  Примером влияния годовой динамики пищевого режима почв на сезонные изменения в развитии биоценозов могут служить колебания численности микроорганизмов почв в зависимости от поступления в неё растительного опада (сезонные вспышки численности).

Таким образом, проявления рассматриваемой почвенной функции многогранны и существенны. Данная функция может иметь отношение к самым различным явлениям, протекающим в биоценозах.

 

1.4.2. Регуляция численности, состава и структуры биоценозов.

 

 

    Одна из важных форм проявления данной функции – воздействие почвенных факторов на формирование конкретной консортивной структуры биоценозов. Многими исследователями доказано, что в консортивных связях различных организмов примат принадлежит в целом высшим растениям. Пространственное же распределение этих растений и особенно их корневых систем в значительной мере определяется реальной динамикой свойств и режимов почвы.

Показано, что в пределах любого типа биоценоза с корнями каждого  вида растений связаны специфические  комплексы почвообитающих организмов: грибы, ризосферные бактерии, фитофаги – нематоды, насекомые и др. Эта приуроченность к корневым системам почвенных организмов особенно наглядна в аридных условиях, где корни локализуются на участках почвы с большим содержанием влаги. Интересно отметить, что в моховой тундре, с иным гидротермическим режимом, имеет место обратная зависимость: гуще заселены участки между подушками мхов (Гиляров, 1968). 
Отмечают также связь расселения беспозвоночных  с отдельными свойствами почв: дифференциация хилопод, пауков, дождевых червей зависит от массы подстилки; проволочников, моллюсков от рН. 

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

В связи с широким освоением земель и внесением удобрений многие почвы претерпели существенные изменения, что в той или иной форме сказывается на рассматриваемой функции: термофильных микроорганизмов на окультуренных почвах северных широт (Мишустин, Перцовский, 1954). Целинные земли обычно отличаются весьма малым содержанием термофилов, однако при внесении навоза или компостов может наблюдаться вспышка их численности, причём не редко парадоксально – больше на севере чем на юге, где теплее, но удобрений вносят мало!

 

1.4.3. Пусковой механизм некоторых сукцессий.

 

 

    Данная функция проявляется в изменении биоценозов в результате засоления или заболачивания почв, и др., которое вызывает стадийное преобразование почвы как среды обитания, порождающее соответствующие сукцессии. В музее Землеведения МГУ наглядно показана последовательная смена елового леса сосново-сфагновым болотным комплексом. По мере нарастания заболоченности почвы наблюдается закономерная смена фитоценозов. В результате имеет место следующий ряд: Ельник кисличник – черничник – долгомошник – сфагновый – сосняк сфагновый – сфагновое болото. 
    Отмечаются и другие формы проявления данной функции: деятельность почвенных фитофагов может выступать как фактор, определяющий сукцессии растительного покрова (Гиляров М.С., 1968).  В степи в результате деятельности корневых вредителей некоторые растения погибают, а освободившееся место тут же заселяется другими видами, данной ассоциации. В результате имеет место постоянная смена мелких фитоценотических комплексов в пределах одного биогеоценоза, обеспечивающих его стабильность.  
    Кроме того, деятельность почвенных фитофагов может вызывать и сукцессии травянистых растительных ассоциаций в целом. Например: сукцессии на лугах Смоленской области, описанные М.Р. Якушевым, 1941. Уничтожение личинками Phyllopertha norticola  оказалось первопричиной разрастания мохового покрова и способствовало заболачиванию участка.

 

1.4.4. «Память» биогеоценоза (ландшафта).

 

Одна из фундаментальных информационных функций, согласно Арманду Д.Л. –  «память ландшафта». Ещё В.В. Докучаев говорил, что «почва – зеркало ландшафта». И в том и в другом случае речь идёт о способности почвы фиксировать коротко- или долгопериодические воздействия факторов почвообразования в виде конкретных почвенных свойств или самого генетического облика данной почвы. Д.И. Берманд и С.С. Трофимов (1974) рассматривают почву как память, в которой зафиксирована программа возможностей функционирования связанных с почвой биоценозов, так как процессы и свойства почвы представляют, по их мнению, механизм, возникший в результате адаптации биоценозов к окружающей среде. Иными словами речь идёт не только о «зеркале» (фиксации почвенным свойством конкретного процесса), но и об обратной связи (реликтовые карбонаты повышают рН современной почвы, являются источником кальция, препятствуя полной смене фитоценоза).

Концепция В.О. Таргульяна и И.А. Соколова (1975) о двуединой  природе почвы. Почвенное тело состоит  из почвы-памяти и почвы-момента. «Память» - комплекс устойчивых свойств и  признаков, возникающих в ходе всей истории её развития, «момент» - совокупность наиболее изменчивых процессов и свойств почвы в момент наблюдения.

Из всех компонентов  ландшафта почва обладает наиболее выраженной способностью к отражению  факторов географической среды и записывает, хранит в своём генетическом профиле наибольшее количество информации. Благодаря почве-памяти происходит накопление и хранение информации о длительных отрезках в развитии географической среды, а с помощью почвы-момента происходит быстрое отражение сиюминутных изменений среды.

В данной концепции  важное место занимает вопрос скорости, полноты отражения профилем изменения  ландшафта. Поскольку разные свойства и компоненты отражают факторы и  процессы с разной скоростью, удобнее  всего пользоваться понятием «характерное время» (Арманд, Таргульян, 1974). Под характерным временем какого-либо природного объекта или его отдельных компонентов понимается время которое необходимо для того, чтобы данный объект и его составляющие развивающиеся под влиянием определённых факторов среды. Пришли в равновесие с этими факторами. 

 

1.5. Целостные биогеоценотические функции

1.5.1. Трансформация вещества и энергии, находящихся или поступающих в биогеоценоз.  

  Сущность данной функции заключается в преобразовании почвообразовательным процессом исходного вещества материнских пород и продуктов, поступающих с пылью, атмосферными осадками, поверхностными и грунтовыми водами, растительными остатками. В результате этого субстрат почвы приобретает благоприятные свойства для поселяющихся на ней биоценозов. 
    Например, в горизонтах ответственных за обеспечение растений элементами питания, наблюдается не только накопление в растворимой и обменной форме многих соединений, но и определённое изменение соотношения между рядом элементов по сравнению с тем, которое имелось висходной породе. В связи с этим почвы по сравнению с горными породами оычно содержат больше углерода, азота, фосфора, калия и других элементов, из которых строятся ткани живых организмов. Это оказывается возможным благодаря огромной геохимической работе почв и живого вещества по трансформации материнских пород и органогенных остатков, возникающих в ходе жизнедеятельности организмов. Важный её результат – освобождение в ходе разложения органических остатков энергии, аккумулированной при фотосинтезе (Добровольский, Никитин, 2006).