Глобальные функции почв

    Современные почвы регионов интенсивного антропогенного воздействия стали во многих случаях иначе или даже принципиально по-другому влиять на продукционный процесс в водоемах. Если в доиндустриальный период почвы выступали в основном как фактор положительного воздействия на продукционный процесс в аквасистемах, то в техногенный этап развития общества ситуация изменилась. Соединения, поступающие в водоемы из почв, в первую очередь освоенных, стали весьма часто негативно воздействовать на биологическую продуктивность гидросферы. 

    2.3. Почва как защитный барьер  акваторий

    Основное  проявление защитной функции почв заключается  в том, что почва благодаря своей огромной активной поверхности в состоянии поглощать многие вредные соединения на пути их миграции в водные экосистемы, а также снижать избыточное поступление биофильных элементов. Эта роль почв оказывается исключительно важной, поскольку, например, радиоактивные изотопы из водной среды поглощаются организмами гораздо активнее, чем из почвы, что может привести к быстрому нарушению в них обмена веществ. Коэффициенты накопления большинства изучавшихся радиоизотопов у пресноводных растений достигают десятка тысяч, тогда как у наземных растений они обычно меньше единицы.

    Такое резкое снижение поступления элементов в растения из почвы — наглядный пример того, что она представляет собой сильный природный сорбент, благодаря чему оказывается мощным барьером для многих элементов и соединений на пути их миграции в водоемы стока. Сорбционная сила почв настолько велика, что химические элементы могут поглощаться из недонасы-щенных растворов, из которых самостоятельные минералы многих элементов образоваться не могут. Поэтому для ряда редких элементов (рубидия, цезия и др.) сорбция фактически единственный механизм концентрации.

    Возможности сорбционной функции почв, к сожалению, не беспредельны. В настоящее время в связи с резко возросшими антропогенными нагрузками она уже во многих случаях не справляется со своими задачами. В результате в речные воды и водоемы поступают избыточные количества многих соединений (Ковда В.А., 1989).

    Почва выполняет также важную роль сорбционного защитного экрана от загрязнения подземных вод. Известны случаи, когда при фильтрации сточных вод и детергентов (очистителей) до 95 % загрязнителей задерживалось в верхнем 15-30-сантиметровом слое почвы, отличающейся значительной величиной удельной поверхности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    3. Влияние почв на атмосферу

    Тесная  зависимость состава и динамики атмосферы от почвы диктуется  в первую очередь их взаимопроникновением через газообразную фазу почвы. Другой причиной тесной связи атмосферы и почвы оказывается постоянное физическое воздействие на динамичные нижние слои воздушной оболочки подстилающей поверхности, представленной не только океаном и растительностью, но и почвенным покровом.

    Значимость  влияния почвы на атмосферу определяется еще и тем, что, хотя условная внешняя граница атмосферы проходит на высоте около 1000 км, основная ее масса, равная 5,27 * 10¹⁸ кг, сосредоточена в относительно тонком приземном слое. Поскольку между различными частями атмосферы существует постоянный обмен веществом и энергией, то результаты взаимодействия нижних слоев воздушной оболочки с почвой сказываются в той или иной мере на всей атмосфере.

    Наиболее разносторонне и постоянно почва взаимодействует с тропосферой, высота которой в разное время года и на разных широтах неодинакова: на полюсах – около 8-10, в умеренных широтах – 9-12, на экваторе – 16-18 км. Воздух в тропосфере не только движется в вертикальном и горизонтальном направлениях, но и непрерывно перемешивается. Следовательно, физические и химические изменения, возникшие в воздушных массах в зоне контакта их с почвенно-растительным покровом, за короткое время сказываются на вышележащих слоях (Ковда В.А., 1989).

    С точки зрения взаимодействия атмосферы  с земной поверхностью ее разделяют на нижний пограничный слой и верхний, называемый свободной атмосферой. В пограничном слое происходят суточные изменения метеорологических показателей и движение воздуха в значительной мере зависит от трения о земную поверхность, в том числе о почвенно-растительный покров. В данном слое выделяют нижний приземный слой высотой 50-100 м с ослабленным изменением потоков водяного пара и тепла с высотой.

    Почва, вернее почвенная атмосфера как раз является областью, где возможно сохранение древних примитивных организмов, которые остановились в своем развитии. Данное положение нуждается в дальнейшем развитии и при решении проблемы взаимодействия почвы и воздушной оболочки, поскольку выявление и изучение архаичных форм жизни, до сих пор сохраняющихся в почве, поможет вскрыть механизм изменения древней атмосферы.

    3.1. Почва – фактор формирования  газового состава атмосферы

    Среди атмосферных функций почвы выделяется ее влияние на формирование газового состава атмосферы. Оно обнаруживается в двух главных формах – опосредованном и прямом воздействии почвы на состав атмосферных газов. Первое определяется прежде всего зависимостью функционирования наземных биоценозов, контролирующих многие параметры атмосферы (содержание кислорода, СО₂, микрогазов и др.), от свойств почв. Прямое воздействие заключено в самом газообмене между почвой и воздушной оболочкой. Масштабы влияния почвы на газовый состав атмосферы впечатляющи, особенно если рассматривать его в историческом плане.

    Воздействие почв и почвообразования на состав атмосферы началось намного раньше возникновения высшей растительности на суше.

    При рассмотрении конкретных видов влияния  почвы на формирование состава атмосферы отметим, что существуют два относительно самостоятельных аспекта: воздействие почвы на атмосферу в течение истории ее развития и современное влияние почвы на воздушную оболочку (Ковда В.А., 1989).

    В настоящее время исследователи  полагают, что в истории атмосферы выделяются три этапа. Первый приурочен к началу докембрия, когда существовала первичная атмосфера и стала формироваться вторичная воздушная оболочка. Первичная атмосфера, по-видимому, образовалась из газово-пылевого облака – источника вещества для построения Солнечной системы. Вторичная атмосфера возникла из газов, попавших в нее в результате дегазации верхней мантии и земной коры. Она состояла в основном из углекислого газа и паров воды, а также небольшого количества азота и водорода (Гиляров М.С., 1985,).

    Таким образом, говоря об общем значении микроорганизмов  в биологизации приповерхностных геосфер Земли и изменении состава ее атмосферы, необходимо подчеркнуть, что большой вклад в указанные процессы микроскопических форм жизни во многом был обусловлен их тесной связью с почвой и педогенными телами (в определенных пространственных интервалах). Есть все основания полагать, что эта связь имеет такой же возраст, как у наиболее древних геологических отложений, испытавших воздействие живого вещества. Поэтому, рассматривая факторы трансформации атмосферы в древний, дофанерозойский этап ее развития, надо включить в число этих факторов не только микроорганизмы, но и почвы (Почва как память…, 2008). 

    3.2. Почва – регулятор газового  состава атмосферы

    Современная атмосфера, возникшая в ходе длительного развития Земли, не находится в стабильном состоянии по газовому составу. Несмотря на выровненность соотношения составляющих компонентов в различных зонах, атмосфера пребывает в состоянии их непрерывного пространственно-временного изменения, особенно в нижних слоях тропосферы, граничащих с почвенно-растительным покровом. Установлено, что состав тропосферы достаточно сложен и разнообразен (Демкин В.А., 1997).

    Значительное  воздействие на состав атмосферы  во многом обусловлено особыми свойствами почвы, определяющими ее влияние на воздушную оболочку. Среди этих свойств прежде всего следует отметить пористость почвы: количество пор в ней составляет 10-60% объема. Благодаря расположению почвы на стыке с атмосферой, пористому сложению и активному продуцированию газов почвенной биотой газообмен между воздухом и почвой происходит интенсивно (см. приложение 5).

    Газообмен почвы и атмосферы, основанный на диффузии, а также конвекции, существенно зависит от разности температур почвы и воздуха, влияния ветра, осадков, уровня грунтовых вод и верховодки. Особенно сильно газообмен зависит от увлажненности почвы, снижаясь по мере ее возрастания. При переходе от сильно увлажненной до водонасыщенной почвы скорость газообмена уменьшается в миллион раз (Ковда В.А., 1989).

    Существенное  воздействие почвы на состав атмосферы  обусловлено также сильным различием их газовой фазы. Почвенный воздух по ряду показателей отличается в десятки и сотни раз от атмосферного, несмотря на высокоскоростной взаимообмен с ним. Это связано с тем, что продуцирование и потребление газов почвы осуществляются очень быстро в силу интенсивной деятельности почвенной биоты (Базилевич Н.И., 1970). По сравнению с атмосферным почвенный воздух содержит в 10-100 раз больше углекислоты и во много раз меньше кислорода. Различия по азоту несущественные. Почвенный воздух, кроме того, постоянно содержит пары воды (насыщенность влагой близка к 100%) и ряд микрогазов. В нем также имеются летучие органические соединения, которые хотя и содержатся в небольших количествах, но могут иметь большое значение в балансе веществ из-за быстрого круговорота и сильного физиологического действия этих соединений и органического вещества почв в целом. 

    3.3. Почва – источник и приемник твердого вещества и микроорганизмов атмосферы

    Пограничное положение почвы среди приповерхностных геосфер Земли определяет многообразие ее взаимодействия с каждой из них. Существенным во взаимосвязи почвы с атмосферой оказывается их обмен не только газами, но и тонкодисперсным твердым веществом и микроорганизмами, способными при определенных условиях попадать в воздушную оболочку с почвенной поверхности, а затем, спустя определенное время, вновь возвращаться на нее, переместившись, как правило, на изрядное расстояние.

    Главная причина двустороннего движения твердого вещества и микроорганизмов в системе почва-атмосфера заключается в наличии потоков воздушных масс значительной силы, способных отрывать от горизонтов почв мелкозем (в случае их обнажения) и перемещать его аэральным путем на то или иное расстояние в зависимости от размерности составляющих частиц. Наиболее мелкие частицы способны облетать вокруг Земли (Ковда В.А., 1989).

    Попадающие  в атмосферу частицы почвенного мелкозема оказывают разнообразное воздействие на происходящие в ней процессы. Общая их оценка затруднительна, поскольку она слагается из эффектов, имеющих зачастую неоднозначное значение для климата и биосферы. Существует мнение, что наличие некоторого количества пылеватого материала способствует выпадению дождей, поскольку частички пыли оказываются центрами конденсации паров влаги. 

    3.4. Влияние почвы на энергетический режим и влагооборот атмосферы

    Воздействие почвенного покрова на тепловой режим атмосферы определяется прежде всего поглощением и отражением почвой солнечной радиации, отчего в значительной мере зависит динамика тепла и влаги в нижних слоях атмосферы. В количественном отношении процессы поглощения-отражения солнечной радиации почвами и материнскими породами могут заметно различаться. Обращает на себя внимание то, что почвообразование изменяет отражательную способность породы. Например, имеются данные, что исходные бурые суглинки отражают около 18-19% солнечной радиации, распаханные черноземы на тех же породах – 5-7, подзолы – до 30, солончаки – до 35%.

    Таким образом, по сравнению с четвертичными  материнскими почвообразующими породами отражательная способность почвенного покрова более дифференцированна, поскольку она определяется не только свойствами пород, но и свойствами самих почв, зависящими от их генетических особенностей. Пестрота отражательной способности почвенного покрова особенно ощутимо сказывается на динамике энергетических показателей атмосферы в связи с широкой распашкой земель, обнажающей поверхность самих почв (Ковда В.А., 1989).

    Роль  почв в формировании влагооборота в  целом достаточно велика. Почва не только способствует увеличению общего количества водяного пара, поступающего в атмосферу, но и посредством местного круговорота выравнивает процесс водообеспечения ландшафтов. Это имеет немаловажное значение, поскольку влагоперенос с океана на сушу подвержен частым перебоям и резким колебаниям. В то же время на Земле имеется много неустойчивых экосистем, существование которых тесно зависит от особенностей микроклимата в почвенно-растительном ярусе. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4. Общебиосферные функции

    Важнейшее значение имеют такие общие биологические  функции почв, как уникальность их в качестве среды обитания самых  разнообразных живых существ, как  связующего звена биологического и геологического круговорота веществ в наземных биогеоценозах, как их биологическая продуктивность, а в агробиоценозах – плодородие. Эти биологические функции почв требуют более обстоятельного рассмотрения (см. приложение 6).