ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВЯЗИ В ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ

Все составные части природной среды: литосфера, атмосфера и распространенная в них биосфера взаимосвязаны и представляют собой единую функциональную макросистему. Одним из элементов строения природной среды, через который осуществляются функциональные связи, является ландшафт.

Ландшафт представляет собой природное образование, которому уделялось достаточно большое внимание в географической науке, но в последнее время экология рассматривает его как весьма важный компонент в организации и структуре биогеоценозов. В целом обычно ландшафт рассматривают как природное географическое образование:

  • • совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных предметов и явлений природы, исторически развивающихся во времени и образующих физико-географический комплекс;
  • • природный комплекс, в котором все основные компоненты (рельеф, климат, воды, почвы, растительность, животный мир) находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития единую систему;
  • • конкретная территория, однородная по своему генезису и истории развития, которая не может быть разделена по каким-либо признакам на более дробные части (зоны), обладающая единообразным геологическим строением, однотипной формой рельефа, общностью климата, единообразным сочетанием водных и температурных параметров, почв, биоценозов и, следовательно, однохарактерным набором фаций, урочищ ит. п. (Н.Ф. Реймерс, 1990).

В настоящее время выделяют как природные, так и антропогенные ландшафты, а среди последних агрокультурные и вторичные, где преобразования, произведенные человеком, настолько велики, что изменена связь природных компонентов. Следует сказать, что большинство современных ландшафтов Земли относится именно к последним, причем некоторые из них являются полностью деградированными, т. е. потерявшими способность выполнять функции воспроизводства здоровой среды.

Почва. Многие из составных частей каждой из систем имеют прямые функциональные связи. Почва теснейшим образом связана с гидросферой и атмосферой. В частности, с гидросферой ее связывает вынос почвенных и грунтовых (подпочвенных) вод в водоемы. Выносимые с водой химические соединения из почв во многом влияют на биопродуктивность водоемов. Почва зачастую играет роль фильтра от проникновения в поверхностные воды значительного числа загрязнителей.

Почва выступает также в роли мощного фактора энергетического баланса биосферы при поглощении и отражении потока солнечного излучения и тесно взаимодействуете атмосферными процессами. Установлено, что почвенные процессы участвуют в регулировании вла-гооборота атмосферы и ее газового режима. Поданным наблюдений в США выявлено, что в северном полушарии максимум содержания диоксида углерода в атмосфере наблюдается в мае, затем снижается по мере поглощения его в весенний и летний период при активизации фотосинтеза и вновь возрастает зимой за счет «дыхания» почвы, в высоких же широтах — за счет атмосферного переноса из тропической зоны.

Связь почвы с литосферой исключительно непосредственная, так как она возникла собственно на поверхности литосферы и во многом из ее составных элементов. Можно утверждать, что своей «жизнедеятельностью» почва способствует дальнейшему геохимическому преобразованию верхних слоев литосферы. Почва служит источником для образования минералов, горных пород, полезных ископаемых, а также способствует переносу аккумулированной солнечной энергии в подстилающие более глубокие слои земной коры. В настоящее время обосновано утверждать, что почва играет глобальную общественную роль, а по И.А. Шилову (2000), и как связывающее звено биологического и геологического круговоротов.

Почва — это верхний, плодородный слой литосферы, который, как было установлено многочисленными исследованиями, в том числе и работами В. И. Вернадского, обладает рядом свойств, присущих как живой, так и неживой природе. Этот горизонт в геосферах образуется и развивается в результате сложнейшего взаимодействия растительности, животных, микроорганизмов и элювированных (выветрелых) горных пород. Основоположник почвоведения великий русский ученый В. В. Докучаев показал, что почва — это самостоятельное природное тело. В одной из лекций он говорил студентам: «Сегодня я буду беседовать с вами <...> Затрудняюсь назвать предмет нашей беседы — так он хорош! Я буду беседовать с вами о царе почв, о главном основном богатстве России <...> Неттех цифр, какими можно было бы оценить силу и мощь русского чернозема».

В. В. Докучаев впервые дал определение понятиям «почва» и «почвенный профиль», выявил главные отличительные свойства, раскрыл сущность почвообразовательного процесса.

Почва как природное образование создавалось тысячелетиями, если не десятками тысяч лет. Процесс почвообразования тесно связан со значимыми экзогенными процессами, в частности выветриванием (рис. 34).

Подстилка

Собственно подстилка Мулпь

(слой гумификации) Гумусовая минеральная почва

Элювиальный горизонт (зона вымывания) Иллювиальный горизонт (ортштейн)

Рис. 34. Обобщенная схема почвенного профиля

Почва

Подпочва ' Основание

Собственно выветривание — физическое и химическое — создает условия для дальнейших почвообразовательных процессов, т. е. при выветривании горных пород (магматических, осадочных, метаморфических) создается элювий (кора выветривания) различной мощности, состава, условий залегания, степени влажности. Этот процесс чрезвычайно длителен и в нем кроме физического и химического воздействия принимают участие биологические факторы.

Образованная кора выветривания является лишь исходным субстратом. Процесс почвообразования собственно начинается с поселения на этом субстрате микроорганизмов, которые, питаясь диоксидом углерода, азотом, парами воды из атмосферы, извлекая минеральные компоненты из субстрата, выделяют в результате жизнедеятельности органические кислоты. Это создает возможность поселения лишайников, которые, будучи весьма неприхотливыми к условиям жизни, продолжают обогащать подстилающие минеральные слои органическими соединениями. Далее происходит заселение растениями и животными, что приводит к постепенному образованию специфических органических веществ, в частности гумуса. Именно гумус и его содержание определяют важнейшее свойство

почвы — ее плодородие, т. е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Это определяет исключительную ценность для жизни на нашей планете. Ранее было отмечено, что почва является одной из гигантских экологических систем, оказывающей решающее влияние на всю биосферу. Почвы участвуют в круговоротных процессах, в частности в поддержании газового баланса атмосферы Земли. Почвы по внешним (морфологическим) признакам и составу существенно отличаются от подстилающих их грунтов.

Гумус почвы — это устойчивое комплексное образование из ряда органических соединений, которые являются результатом разложения микроорганизмами растительного детрита и остатков животных, продуктов жизнедеятельности организмов, а также сложных физико-химических процессов, протекающих в подстилающих грунтах, например в глинистых минералах.

Состав органических веществ многообразен и включает компоненты, образующиеся на разных стадиях разложения сложных углеводородов, белков, жиров и углеводов; почвенные органические вещества содержат лигнин, клетчатку, эфирные масла, смолы, дубильные вещества. Определенную роль в создании гумуса играет почвенная фауна — черви и специфическая почвенная микрофлора и грибы. В целом происходит обогащение почв аминокислотами и другими органическими соединениями.

К параметрам, определяющим различные почвы, относят их вла-гоемкость — способность почвы удерживать воду в разных ее состояниях за счет молекулярных сил электрической природы.

Значимое влияние на плодородие почв оказывает их влагопрони-цаемость — способность почвы фильтровать воду как по порам, так и по тончайшим каналам — капиллярам. Капиллярная сеть позволяет влаге преодолевать гравитационные силы и подниматься в почвах над уровнем грунтовых вод. Рыхление почвы приводит к разрушению капилляров, а тем самым устранению источников, поставляющих влагу к поверхности, где она испаряется.

Почвы могут иметь различную структуру, т. е. форму и размер слагающих ее элементов. Этими элементами в почвах являются микроагрегаты из минеральных частиц и гумуса. У наиболее плодородных почв структура зернистая (мелкокомковатая); среди структур почв есть также комковатая, столбчатая, ореховатая, глыбистая, пылеватая и др.

По механическому составу выделяют следующие почвы с учетом трудности их обработки:

  • • глинистые — с высокой влагоемкостью и большим содержанием элементов питания растений;
  • • песчаные — маловлагоемкие, хорошо влагопроницаемые, но бедные гумусом;
  • • суглинистые — наиболее благоприятные по своим физическим свойствам для земледелия, со средней влагоемкостью и влагоирони-цаемостью, хорошо обеспеченные гумусом;
  • • супесчаные — бесструктурные почвы, бедные гумусом, хорошо водо- и воздухопроницаемы.

По степени пористости рааничают почвы тонкопористые (диаметр пор < 1 мм); пористые (1—3 мм); губчатые (3—5 мм); ноздреватые (5—10 мм); ячеистые (> 10 мм); трубчатые (поры образуют каналы).

Влага в почвах имеет разную величину pH — от 3 (сфагновые болота) до 10—11 (солонцы).

В почвенном профиле (по В.А. Вронскому, 1996) выделяют три главных горизонта (см. рис. 34):

  • • перегнойно-аккумулятивный (гумусовый), перекрытый сверху дернистой, лесной подстилкой, луговым или степным войлоком;
  • • элювиальный, или горизонт вымывания, характеризующийся преимущественно выносом веществ;
  • • иллювиальный, куда из вышележащих горизонтов вымываются вещества (легкорастворимые соли, коллоиды, органика и т. д.).

Ниже располагается элювированная горная порода. На количество горизонтов в почвенном профиле влияют климатические условия. Поданным А.Н. Геннадиева и др. (1987), примерный возраст некоторых почв составляет:

  • • черноземы и темно-каштановые почвы — 2500—3000 лет;
  • • светло-каштановые, серые, лесные, бурые лесные — 800—1000

лет;

• торфяно-глеевые, горно-луговые, лугово-каштановые — 500—800

лет;

  • • подзолистые почвы — 1500 лет (на Аляске до 1000 лет). Максимальный возраст почв прерий Северной Америки — 14 000 лет, а для образования настоящей почвы на гранитах в условиях экваториальной гуманной зоны требуется 20 000 лет. На территории бывшего СССР выделено более 100 типов почв. Не вдаваясь в подробную генетическую классификацию почв, остановимся на краткой характеристике наиболее распространенных почв Евразии:
  • • арктические и тундровые почвы, занимающие около 4 % суши земного шара, на северных окраинах Северной Америки, Евразии, островах Северного Ледовитого океана; мощность почвенного слоя не превышает 0,4 м; отличаются переувлажнением и развитием анаэробных микробиологических процессов; содержание гумуса не превышает 1—3 %;
  • • подзолистые почвы, формирующиеся в условиях умеренного влажного климата под хвойными лесами Евразии и Северной Америки; основным процессом является подзолообразующий, который

приводит к формированию трех ярко выраженных типичных горизонтов вследствие значительного увлажнения и равномерного промывного режима под пологом леса; содержание гумуса от 4 до 6 %;

  • • черноземы, об этих почвах В.И. Вернадский говорил: «В истории почвоведения чернозем сыграл такую же выдающуюся роль, какую имела лягушка в истории физиологии, кальцит в кристаллографии, бензол в органической химии». Этот тип почв распространен в пределах лесостепей и степей Евразии, в России — это 8% территории или половина всех черноземов мира. Черноземы формируются в условиях засушливого климата и нарастающей континентальности. В развитии черноземов существенную роль играют степная растительность с преобладанием древовидных злаков; содержание гумуса более 10 %; это самая плодородная почва;
  • • каштановые почвы, занимающие 7 % территории суши, в нашей стране — 9 %, причем формируются они в засушливых и экстра-континентальных условиях сухих степей (Причерноморье, Прикаспийская низменность, юго-восточное Забайкалье ит. д.); гумуса менее 4 %;
  • • серо-бурые почвы и сероземы; они типичны для равнинных внутриконтинентальных пустынь умеренного пояса, субтропического пояса пустыни Азии (Иранское нагорье) и Северной Америки; на их долю приходится до 17 % площади суши; отличаются значительной засоленностью и малым содержанием гумуса (до 1,5 %);
  • • красноземы и желтоземы, формирующиеся в условиях субтропического климата под влажными субтропическими лесами (Юго-Восточная Азия, побережье Черного и Каспийского морей); общая площадь до 19 % территории суши; основная почвообразующая кора выветривания перенасыщена кремнеземом, оксидами железа, алюминия, марганца и поэтому почвы имеют красновато-желтую окраску; содержание гумуса от 3 до 6 %;
  • • гидроморфные почвы, образующиеся при участии атмосферной влаги, поверхностных и подземных вод; к этим почвам относятся засоленные, болотные, оглеенные почвы.

Экологические функции почв в биосфере базируются на следующих основополагающих ее качествах. Во-первых, почва служит средой обитания и физической опорой для огромного числа организмов; во-вторых, почва является необходимым, незаменимым звеном и регулятором биогеохимических циклов — практически круговороты всех биогенов осуществляются через почву.

Главная функция почвы — это обеспечение жизни на Земле. Это определяется тем, что именно в почве концентрируются необходимые организмам биогенные элементы в доступных им формах химических соединений. Кроме того, почва обладает способностью

Круто ворот органического вещества в почве (УУ. 1957)

Рис. 35. Круто ворот органического вещества в почве (УУ. 1957):

/ — преобразование органического вещества; 2 — круговорот минерального вещества

аккумулировать необходимые для жизнедеятельности продуцентов биогеоценозов запасы воды, также в доступной им форме, равномерно обеспечивая их водой в течение всего периода вегетации. Наконец, почва служит оптимальной средой для укоренения наземных растений, обитания многочисленных беспозвоночных и позвоночных животных, разнообразных микроорганизмов. Собственно эта функция и определяет понятие «плодородие почв» (рис. 35).

Вторая функция почв заключается в регулировании всех потоков вещества в биосфере. Все биогеохимические циклы элементов, включая циклы таких важнейших биогенов, как углерод, азот, кислород, фосфор, а также циклы воды осуществляются именно через почвы при ее регулирующем участии в качестве аккумулятора биогенных элементов. Почва — это связующее звено и регулирующий механизм в системах биологической и геологической циркуляции элементов.

Третья функция почвы — регулирование состава атмосферы и гидросферы. Атмосферная функция почвы осуществляется вследствие ее высокой пористости (40—60 %) и плотной заселенности организмами, благодаря чему идет постоянный газообмен между почвой и атмосферой. Почва постоянно поставляет в атмосферу различные газы, в том числе и «парниковые» — С02, СН4, а также множество так

называемых «микрогазов». Одновременно почва поглощает кислород из атмосферы. Таким образом, в системе «почва — атмосфера» именно почва является генератором одних газов и «стоком» для других.

В сухопутной ветви глобального круговорота воды почва избирательно отдает в поверхностный и подземный сток растворимые в воде химические вещества, определяя тем самым гидрохимическую обстановку в водах и прибрежной части океана.

Четвертой важнейшей функцией почвы является накопление в поверхностной части коры выветривания, в почвенных горизонтах описанного выше специфического органического вещества — гумуса и связанной с ним химической энергии.

Пятая функция заключается в ее защитной роли по отношению к литосфере. Почва защищает литосферу от воздействия экзогенных факторов, регулируя процессы денудации суши.

Наконец, еще одна, шестая функция почвы — это генерирование и сохранение биологического разнообразия. Почва, являясь средой обитания для огромного числа организмов, ограничивает жизнедеятельность одних и стимулирует активность других. Чрезвычайно большое разнообразие почвенных свойств по кислотности, щелочности, засоленности или отсутствию солей, окислительная или восстановительная обстановка — все это создает огромные возможности жизнедеятельности различных организмов. По отношению к человеку почва имеет еще одну специфическую функцию, являясь главным средством сельскохозяйственного производства и местом поселения людей.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >