3.2.4. Почва – защитный барьер для акваторий

Почва, благодаря своей огромной активной поверхности, может поглощать многие вредные соединения на пути их миграции в водные экосистемы. В почве происходит сорбция избытка биофильных элементов и предотвращается эвтрофикация водоемов, связываются токсические соединения. Эта функция очень важна, т. к. тяжелые металлы и радиоактивные изотопы из водной среды поглощаются организмами активнее, чем из почвы. Коэффициенты накопления радиоизотопов у пресноводных растений достигают десятков тысяч, а у наземных – единицы. Такое резкое снижение поступления элементов из почв в растения наглядно подтверждает барьерную роль почвы на пути техногенных потоков. Загрязняющие вещества сохраняются в почве длительное время (до сотен лет), особенно при непромывном водном режиме.

Но сорбционные способности почвы не беспредельны, и при интенсивной антропогенной нагрузке почва часто не справляется с избытком биофильных элементов и агрохимикатов. Избыток биофильных элементов в водоемах (эвтрофикация) сопровождается их окислением, возникает дефицит кислорода, наблюдаются избыточное минеральное питание водорослей и микроорганизмов, денитрификация, десульфирование с образованием сероводорода, метана, этилена, гибель рыбы и других обитателей водоемов, заболевания людей и животных при потреблении ими загрязненной воды.

Почвы, загрязненные агрохимикатами, становятся непригодными. Особенно страдают от загрязнения пойменные земли. На сорбционных пойменных барьерах может в десятки раз увеличиваться содержание канцерогенов и тяжелых металлов (например, свинец в гидроморфных условиях), а их пребывание в почве нередко очень продолжительно – от нескольких лет до столетий, особенно при непромывном водном режиме.

Сорбционный эффект проявляется не у всех почв. Он заметно снижен у почв, сформированных на кристаллических породах. Кроме того, существуют загрязнители, которые практически не сорбируются мелкоземом, например нитриты. Почвенный защитный барьер недостаточно эффективно срабатывает и в зонах постоянной интенсивной нагрузки на ландшафт. Прежде всего, это относится к районам широкого использования минеральных удобрений, где верхние водоносные горизонты оказываются загрязнены соединениями азота, фосфора, калия.

3.3. Почва и атмосфера

3.3.1. Почва как фактор формирования, эволюции

и регулятор газового состава атмосферы

Среди атмосферных функций почвы особо выделяется ее влияние на формирование газового состава атмосферы. Она проявляется в двух главных формах – опосредованном и прямом воздействии почвы на состав атмосферных газов. Опосредованное воздействие определяется зависимостью функционирования наземных биоценозов, контролирующих многие параметры атмосферы (содержание О₂, СО₂, микрогазов и др.), зависит от свойств почвы; прямое заключено в самом газообмене между почвой и атмосферой.

Долгое время считалось, что ощутимое воздействие организмов на состав атмосферы выражалось в фотосинтетической деятельности в начале одноклеточных организмов Мирового океана, а затем растительного покрова суши. В настоящее время признается, что вся геологическая история тесно переплетена с историей жизни на Земле. Существенное воздействие почв и процесса почвообразования на состав атмосферы началось намного раньше возникновения высшей растительности на суше.

В настоящее время в истории формирования атмосферы Земли выделяют три этапа [7]. Первый приурочен к началу докембрия, когда существовала первичная атмосфера и стала формироваться вторичная воздушная оболочка. По современным представлениям первичная атмосфера сформировалась из первичного газово-пылевого облака. Вторичная атмосфера возникла из газов, попавших в нее при дегазации верхней мантии и земной коры. Она состояла в основном из углекислого газа и паров воды, небольшого количества азота и водорода. В истории вторичной атмосферы выделяют бескислородный и кислородный периоды (начался 2 млрд лет назад). Переход к кислородной атмосфере связан с появлением и широким распространением автотрофных организмов (оксифотобактерий). Г. А. Заварзин подчеркивает [8], что кислородная атмосфера была сформирована до появления высшей наземной растительности. Второй этап включает основную часть докембрия – до начала фанерозоя. По-видимому, именно в это время проходило становление кислородной атмосферы. Третий этап относится к фанерозою – от кембрия до четвертичного периода включительно. Последний этап в развитии атмосферы связан с формированием континентальной биосферы и появления в ней сложноорганизованных биогеоценозов и почв.

Газовый состав современной атмосферы не находится в стабильном состоянии, он пребывает в состоянии непрерывного пространственно-временного изменения, особенно в нижних слоях тропосферы. Долгое время считали, что биогенное воздействие на атмосферу связано с растительностью суши и океана. Но в последнее время все больше исследователей подтверждают положение В. И. Вернадского о существенном воздействии почвы на состав атмосферы. Это воздействие многообразно, и далеко не все стороны этого сложного явления до конца выяснены. Остановимся на наиболее очевидных и исследованных аспектах влияния почвенных свойств и процессов на состав атмосферы.

Пористость почвы является важнейшим свойством, влияющим на газообмен: количество пор в почве 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 (воздух полностью обновляется в верхнем 20-сантиметровом слое почвы от нескольких часов до часа). Скорость газообмена существенно зависит от температуры и влажности почвы и воздуха, интенсивности ветра, меняясь в тысячи раз.

Состав почвенного воздуха существенно отличается от атмосферного, особенно по таким макрогазам, как углекислый газ и кислород: СО₂ в почвенном воздухе в 10–100 раз больше, а О₂ – в насколько раз меньше, чем в атмосферном. Колебания содержания этих газов в почвенном воздухе почти на 100 % определяются микроорганизмами. Кроме того, в результате деятельности бактерий в атмосферу поступает метан, сероводород, закись азота. Ландшафты Земли существенно различаются по составу и объему выделяемых газов: торфяно-глеевые почвы тундры выделяют около 0,3 т/га, а степные черноземы – 40–70 т/га СО₂ в год. Существенны и сезонные колебания состава почвенного воздуха, которые, в конечном счете, влияют на внутригодичную изменчивость концентрации газов в атмосфере.

Антропогенное загрязнение атмосферы меняет ее газовый состав, а почва выступает как истинный регулятор, поглощая часть газообразных примесей. Установлено, что почвы, особенно лесные, активно участвуют в поглощении оксида углерода, в огромных объемах выделяемого промышленностью и транспортом. Поглощаются почвой также диоксид серы, сероводород, этилен, углеводороды и органические газы.