Ekologia_pochv_uchebnoe_posobie

Утверждено научно-методическим советом биолого-почвенного факультета 10 февраля 2012 г., протокол № 5

Рецензент д-р биол. наук, доц. кафедры почвоведения и управления земельными ресурсами А.Б. Беляев

Учебное пособие подготовлено на кафедре экологии и земельных ресурсов Воронежского государственного университета.

Рекомендуется для студентов 3-го курса дневного отделения биологопочвенного факультета.

Для специальности 020801 – Экология

2

3

ВВЕДЕНИЕ

По мере развития почвоведения, биогеоценологии и учения о ландшафтах представления о почве расширились и усложнились. Они прошли путь от первоначальных примитивных представлений об опорномеханических функциях почв в жизни растений до современных сложных взглядов на почву как на многофункциональную структурно организованную систему, обеспечивающую в совокупности с биотой глобальный процесс аккумуляции и деструкции органического вещества в биосфере. В соответствии с современными представлениями почва – не только продукт взаимодействия факторов почвообразования, не только зеркало ландшафта, но и активный его компонент, оказывающий многостороннее влияние на жизнь биогеоценозов. На эту роль почвы большое внимание обращали в своих исследованиях В.И. Вернадский, Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. Накопленные к настоящему времени в почвоведении и смежных с ним науках данные позволяют говорить о многочисленности экологических функций почвы.

Изучение экологических функций почв приобретает особую актуальность в настоящее время в связи с глобальным обострением экологических проблем.

4

ТЕМА 1. ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ КАК НАУКА

1.Структура общей экологии и место в ней экологии почв.

2.Понятие об экологии почв. Содержание и задачи науки.

1. Структура общей экологии и место в ней экологии почв

Экология изначально возникла как наука о среде обитания живых организмов: растений, животных (в том числе и человека), грибов, бактерий и вирусов, о взаимоотношениях между организмами и средой их обитания и о взаимоотношениях организмов друг с другом. Само же слово «экология» возникло гораздо позже. Оно было введено в науку немецким биологом Эрнстом Геккелем (1869 г.).

По мере накопления знаний о взаимодействии живых организмов со средой обитания исследователи поняли, что на Земле существуют своеобразные системы, состоящие из живых организмов и неживого вещества. Для них характерен высокий уровень организации, наличие прямых и обратных связей между компонентами, способность к поддержанию своего состояния при все-

возможных возмущениях, т. е. эти системы состоят из упорядоченно взаимодействующих и взаимозависимых компонентов, образующих единое целое.

Они были названы экологическими, или экосистемами.

Экосистемы всюду вокруг нас. Там, где есть жизнь, есть и экосистемы. Самая большая экосистема – биосфера, или экосфера, Земли. Она включает всю совокупность живых организмов планеты, взаимодействующих с неживой природой, и через нее проходит энергия Солнца, обеспечивая устойчивое равновесие биосферы.

Экосистемы и являются специфическим объектом изучения общей экологии. Таким образом, общая экология – это наука об экосистемах, включающих в себя живые организмы и неживое вещество, с которым эти организмы постоянно взаимодействуют.

Однако чтобы вскрыть законы взаимоотношений составных частей экосистем, необходимо иметь представление о разных аспектах функционирования этих составных частей. Особое место в экосистемах принадлежит почвенному покрову Земли.

По размерам объектов изучения (экосистемные исследования) в общей экологии всеми исследователями выделяются:

–аутэкология (особи, организм и их среда);

–демэкология, или популяционная экология (популяция и ее среда);

–синэкология (биоценоз, экосистема и их среда);

–географическая (крупные геосистемы, географические процессы с участием живых систем их среды);

–глобальная экология, или мегаэкология (биосфера).

5

Указанные подразделения объективно отражают организацию проведения исследований на различных уровнях биологического спектра.

Юджин Одум и В.А. Радкевич выделяют в экологии 3 основных блока: биоэкология, экосистемы и земные сферы, человек и природа.

1.Биоэкология – самое раннее направление, положения его являются фундаментальными для остальных направлений. Основу биоэкологии составляют экологии систематических, или таксономических, отделов органического мира (экология микроорганизмов, экология грибов, экология растений, экология животных).

2.Экосистемы и земные сферы – самое обширное направление, в нем рассматриваются связи между живыми материями и неживыми (абиотическими) факторами, связи между организмами и сообществами в составе основных биомов (совокупности сообществ (экосистем) природных зон) суши

иМирового океана. В этот блок входит и экология почв.

3.Человек и природа – сюда входят науки, изучающие взаимосвязь и взаимодействие человека со средой обитания, и прикладная экология человека с целью связать разработки по вышеуказанным двум разделам с практическими проблемами.

К предыдущей классификации близка классификация Анатолия Сергеевича Степановских (2001), но она более детальная, состоит из следующих направлений, или разделов:

1) по отношению к предметам изучения:

–экология микроорганизмов;

–экология грибов;

–экология растений;

–экология животных;

–экология человека; 2) по отношению к условиям среды обитания:

–экология почв, почвоведение;

–экология атмосферы;

–экология гидросферы;

–экология литосферы;

–космическая экология;

3)по отношению к типу растительного покрова:

–лесная экология;

–экология степей;

–экология пустынь;

–экология тундр и т. д.;

4)по отношению к ландшафтному (географическому) положению:

–экология гор;

–экология островов;

–экология океанов и т. д.;

6

5)по отношению к фактору времени:

– палеоэкология;

– археоэкология;

– историческая экология и др.;

6)экология ноосферы, или социальная экология. Ее проблемы выходят за рамки экологии как биологической науки и наряду с экосистемным подходом включают экономическо-хозяйственный, социальный, политический аспекты. Они представлены многочисленными «экологиями».

В данном учебном пособии будет подробно рассматриваться такое важное направление общей экологии, как экология почв.

2. Понятие об экологии почв. Содержание и задачи науки

До настоящего времени не существует единства в трактовке понятия «экология почв». Затруднение в терминологии связано с тем, что экологические учения являются междисциплинарными. Достаточно долгое время экология почв отождествлялась с более глубоким изучением факторов почвообразования. В этом направлении хорошо известны работы В.Р. Волобуева (1963) [8], И.А. Соколова (1985) [42] и др. Такой подход позволил более полно исследовать влияние уже известных и общепринятых в почвоведении факторов на формирование почв, а также расширить список этих факторов. Однако такой подход не рассматривает обратную зависимость, а именно влияние самой почвы на окружающую среду, что является необходимым условием изучения в экологических дисциплинах.

Достаточно широко и подробно экологические функции почвы, ее воздействие на почвообразователи и поддержание их функционирования и развития освещены в работах Г.В. Добровольского и Е.Д. Никитина. Авторами также предложена классификация экофункций почв.

Однако и это не может полностью отразить всю суть экологии почв. В ее рамках изучаются процессы окультуривания и условия повышения плодородия почв в сельском и лесном хозяйстве и их охране во всех сферах антропогенного воздействия на почвы и ландшафты. Особое внимание уделяется изучению условий проявления различных форм и процессов деградации почв при разном использовании земель и обработках сельскохозяйственными орудиями, применении химических удобрений, ядохимикатов, мелиоративном вмешательстве и др., разрабатываются правила запрета неправильного использования почв, несбалансированных мелиораций, ведущих к потере плодородия, деградации почв и разрушению почвенного покрова в различных природных и хозяйственных условиях. То есть изучаются глобальные процессы изменения почвенного покрова мира и разрабатываются научные основы сохранения почв как незаменимого компонента биосферы.

Принимая во внимание все перечисленное выше, дадим определение термина «экология почв».

7

Экология почв – новое направление, являющееся продолжением и развитием общего (генетического) почвоведения в синтезе с достижением отраслевых наук о почвах: сельскохозяйственного, лесного, мелиоративного почвоведения и географии, изучающее изменение почвенных процессов и факторов почвообразования под влиянием хозяйственной деятельности человека и урбанизации территории.

Таким образом, содержанием экологии почв является изучение закономерных соотношений между почвой и средой ее формирования в их взаимодействии и развитии.

Экологию почв можно разделить на три взаимосвязанных блока:

–факторная экология почв (или учение о факторах почвообразования);

–учение о почвенных экологических функциях;

–сохранение (охрана) почв как незаменимого компонента биосферы. Рассмотрим основные направления и задачи развития экологии почв.

Вопросы и задания для самостоятельной работы

1.Дайте определение экологии как науки.

2.Каково место экологии в системе биологических наук?

3.Приведите примеры особенности взаимодействия общества и природы в ходе исторического развития.

4.Что такое экосистемы?

5.Какова структура общей экологии?

6.Приведите классификацию экологии Юджина Одума и В.А. Радке-

вича.

7.Рассмотрите классификацию А.С. Степановских и место экологии почв в общей структуре экологии.

8.Раскройте понятие «экология почв».

9.Какова структура экологии почв?

10.Приведите примеры из истории изучения связи почвы с окружающей средой.

8

ТЕМА 2. ФАКТОРНАЯ ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ

1.Факторная экология почв. Проблемы и задачи.

2.Классификация факторов почвообразования.

1. Факторная экология почв. Проблемы и задачи

Учение о факторах почвообразования, или факторная экология, – это традиционное и наиболее исследованное направление изучения почв. Его основы были заложены в учении В.В. Докучаева. Суть докучаевского учения заключено в его определении почвы: «…почва есть такое же самостоятельное естественно-историческое тело, как любое растение, любое животное, как любой минерал, – что это естественно-историческое тело должно изучаться прежде всего как таковое, не преследуя каких-либо утилитарных, прикладных целей, – что оно есть результат, функция, совокупность взаимной деятельности следующих агентов-почвообразователей: климата данной местности, ее растительных и животных организмов, рельефа и возраста страны или ее абсолютной высоты, наконец, подпочвы (т. е. грунтовых материнских горных пород). Все эти агенты-почвообразователи, в сущности, совершенно равнозначащие величины и принимают равноправное участие в образовании нормальной почвы…» [18].

То есть почва – природное тело, возникшее при совокупном участии почвообразователей в их целостном единстве, во взаимосвязи.

Поэтому почвоведы всегда уделяли большое внимание изучению условий почвообразования. Теория почвообразовательного процесса разрабатывалась В.В. Докучаевым, П.А. Костычевым, Н.М. Сибирцевым, В.Р. Вильямсом, П.С. Коссовичем, К.Д. Глинкой, К.К. Гедройцем и другими учеными. Современные теоретические представления отражены в работах И.П. Герасимова, В.А. Ковды, Б.Б. Полынова, А.А. Роде, И.В. Тюрина, С.П. Яркова, В.В. Пономаревой и других исследователей.

Несмотря на наличие в почвоведении ясно сформулированных положений о важности изучения закономерных связей между почвой и условиями ее формирования, давность постановки основных проблем в этом направлении и наличия по этим вопросам ряда ценных исследований, эти вопросы оказались относительно мало или недостаточно разработанными. Так, например, до настоящего времени просматривается явное предпочтение изучения естественных факторов почвообразования и порой игнорирование антропогенных. Это не может не сказываться на эффективности поч- венно-экологических исследований. Нельзя не отметить роль антропогенного фактора в жизни всей планеты. Поэтому одной из важных задач современной факторной экологии почв является углубленное изучение недостаточно исследованных факторов почвообразования.

9

Итак, отметим наиболее важные задачи факторной экологии на сегодняшний день:

1)равноправное изучение естественных и антропогенных факторов почвообразования;

2)углубление исследований недостаточно изученных естественных факторов;

3)фундаментализация исследований антропогенных средоразрушающих факторов;

4)обобщение работ по антропогенному почвоулучшающему и средосохраняющему воздействию на почвы;

5)детализация и совершенствование классификации факторов и их ка- чественно-количественной оценки.

2. Классификация факторов почвообразования

Под факторами почвообразования понимаются внешние по отношению к почве компоненты и условия природной среды, под воздействием или участии которых образуются почвы. К ним относятся все силы, причины, условия, закономерности и их сложные сочетания, которые в прошлом, настоящем и будущем влияли и будут влиять на почвы и их развитие.

Начало учению о факторах почвообразования положил В.В. Докучаев. По его мнению, данное учение является краеугольным камнем почвоведения. В.В. Докучаев одним из первых установил, что соотношения между почвами и условиями их образования не случайны, а строго закономерны и жестко детерминированы. Различие этих условий в географическом пространстве и времени приводит к разнообразию почв на земной поверхности. Однако существуют две причины, ограничивающие общее количество почв. Во-первых, факторы почвообразования тесно связаны друг с другом и зависят друг от друга. Во-вторых, незначительные изменения одного фактора могут компенсироваться противодействием другого, что сохраняет единство в почвообразовании и почвах.

Согласно учению В.В. Докучаева, выделяют пять факторов почвообразования: почвообразующие породы, климат, растительные и животные организмы, рельеф и время.

Докучаевское учение о факторах почвообразования получило дальнейшее развитие в трудах К.Д. Глинки, С.А. Захарова, Б.Б. Полынова, А.А. Роде, И.П. Герасимова, В.А. Ковды и др.

К пяти факторам почвообразования позже были добавлены воды (почвенные и грунтовые) и хозяйственная деятельность человека.

Все факторы почвообразования можно разделить на 2 большие группы:

1)абиотические факторы;

2)биотические факторы.

10