Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экология почв. Учение об экологических функциях почв. Учебник
.pdf
Гл. 11. Общебиосферные и этносферные функции
ски (в масштабе столетий) необратима, что связано с пассивной
карбонатизацией — припахиванием иллювиально-карбонатного
горизонта”.
Почвенная функция связующего звена биологического и геологического круговоротов под влиянием антропогенных воздействий испытывает изменение в направлении ослабления вклада
почвы в поддержание биологического круговорота, что связано
прежде всего с эрозией почвенного покрова и его химическим загрязнением, существенно снижающим общую экологическую активность почв. Одновременно отмечается усиленное вовлечение
почвенного материала в геологический круговорот. Хозяйственное использование педосферы Земли в результате приводит к существенному изменению исторически сложившегося соотношения биологического и геологического круговоротов в пользу
последнего.
Глубокие антропогенные изменения претерпевает почвенная
функция фактора биологической эволюции. Отмечается ослабление вклада почвы в прогрессивную биологическую эволюцию,
поскольку с ухудшением почвенных условий жизни наземных
обитателей происходит деградация структуры естественных популяций живых организмов и уменьшается их генофонд. Кроме
того, все более широким размахом характеризуется исчезновение
редких видов организмов в связи с антропогенным разрушением
необходимых для них почвенных мест обитания (Никитин, 2010).
С сокращением численности видов наземных организмов
вплоть до полного их исчезновения появляются новые структуры
популяции, осваиваются новые, созданные человеком места обитания, что вносит в современную биологическую эволюцию нетипичные для ее естественного развития черты, еще недостаточно
изученные и слабо осмысленные в плане последствий для будущего биосферы.
271
Этносферные и социосферные функции почв
Среди достижений междисциплинарных направлений исследования взаимосвязей природы и общества следует отметить
географо-этнологические работы Л.Н. Гумилева “Этногенез и биосфера Земли” (1990), “Тысячелетие вокруг Каспия” (1993), в которых
он убедительно показал, что разнообразие ландшафтов является
причиной этнической мозаичности антропосферы. Выдающийся
ученый стимулировал многие науки по-новому оценить степень
зависимости этносов от различных компонентов географической
272
Ч. III. Глобальные функции почв
среды и биосферы в целом. Данная оценка должна коснуться и
почвоведения, поскольку в прямой и опосредованной форме степень влияния почвы на этногенез весьма ощутима. “Космические
и планетарные вариации стоят на несколько порядков выше этногенезов, влияют на всю биосферу, включающую не только совокупность живых организмов, но и почвы... И хотя этносы — “капли в океане биосферы”, они не могут не реагировать на ее
флуктуации”.
Анализ данного вопроса дает основание выделить категорию
этносферных функций почвы, существенно определяющих этногенез и жизнь этносферы. Среди таких функций можно назвать:
роль почвы как одного из важных факторов существования и динамики этносферы; участие ее в формировании полезных ископаемых и энергетических ресурсов, используемых этносами Земли;
почва как место для строительства промышленных и дорожных
объектов; сохранение почвой информации о развитии природной
среды и этносов и др.
Этносферные функции почв нуждаются в обстоятельном изучении прежде всего в рамках социально-экономической географии почв, которая до настоящего времени развита явно недостаточно. В то же время потребность в данном научном направлении
будет постоянно расти, что было показано на Международной
конференции “Почвенные ресурсы Прикаспийского региона и их
рациональное использование в современных социально-экономических условиях” (1994).
Актуальность социально-экономических почвенных исследований в региональном и глобальном масштабе все более возрастает в связи с антропогенной деградацией биосферы и педосферы,
чреватой неизбежными этническими напряжениями и катаклизмами: “Биосфера, способная прокормить людей, не в состоянии
насытить их стремление покрыть поверхность планеты хламом,
выведенным из цикла конверсии биоценозов. В этой фазе этнос,
как Антей, теряет связь с почвой, т.е. жизнью, и наступает неизбежный упадок” (Гумилев, 1990).
Целесообразно также выделить категорию социосферных
функций почвы, многие из которых будут аналогичны этносферным функциям. Следует отметить, что проблема этносферных и
социосферных почвенных функций стала разрабатываться лишь в
последние годы (Никитин, 2000, 2005, 2010; Карпачевский, Ашинов, Зубкова, 2009; и др.) и нуждается в дальнейших исследованиях в рамках этно-социосферного почвоведения (Никитин, Шоба,
Сабодина, 2010).
Часть IV
СОХРАНЕНИЕ И РАЦИОНАЛЬНОЕ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЧВ НА ОСНОВЕ
УЧЕНИЯ О ПОЧВЕННЫХ ЭКОФУНКЦИЯХ
При реализации программ по сохранению и рациональному использованию почв важно определить научное основание, опираясь на
которое данные программы могут быть успешно осуществлены (при
соблюдении других необходимых условий). В качестве основания
прежде всего должно выступать учение о почвенных экологических
функциях, изложенное выше.
Глава 12
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ СОХРАНЕНИЯ
И РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЧВ
Взаимосвязь и изменчивость
экологических функций почв
Во многих научных исследованиях и прикладных рекомендациях по хозяйственному использованию земель наиболее часто
предается забвению положение о системности, взаимообусловленности свойств и функций почвы и перестройке в той или иной
мере ее функционального состояния в случае изменения какоголибо одного блока. Причины этого заключаются прежде всего в
том, что не учитывается определенная скоординированность
структурно-функциональной организации как компонентов собственно почвенного профиля, так и взаимодействующего с ним
биоценоза почвы. Эта скоординированность отражена, в частности,
в концепции педосистемы (биопедоценоза) (Никитин, 1977, 1990,
2009), а также в понятии агропедоценоза, введенного В.Д. Мухой
(1979). В связи с важностью данной концепции для более полного
понимания проблемы взаимосвязи и изменчивости экологических функций почв рассмотрим основное ее содержание.
Педосистема в нашей трактовке представляет собой динамическое единство почвы и населяющих ее живых организмов и корней.
В определенном смысле она близка к почве в понимании почвоведов, выделяющих в ней живую фазу как составную часть. Приведем
сокращенное описание схематической модели педосистемы.
274
Ч. IV. Сохранение и рациональное использование почв
В педосистеме выделяются следующие основные блоки: собственно почва и подпочва, в совокупности образующие почву;
собственно почвенный и подпочвенный биоценоз, вместе составляющие биоценоз почвы (рис. 14). Собственно почва представляет
собой почву в классическом докучаевском понимании. Ее нижняя
граница определяется нижней границей активного проявления
почвообразовательного процесса, или “деятельным слоем почвообразования”, по терминологии И.П. Герасимова. Собственно
почвенный биоценоз — это совокупность корней, ризоидов и всех
живых организмов, обитающих в деятельном слое почвы. Подпочва — прилегающие к собственно почвенному профилю горизонты
с ослабленными, но еще заметными признаками почвообразовательного процесса. Биоценоз подпочвы составляют обитающие
в ней живые организмы и единичные корни.
Целесообразность и правомочность включения в педосистему
не только собственно почвы и ее биоценоза, но и подпочвы с по-
Рис. 14. Структурная модель педосистемы (биопедоценоза)
Гл. 12. Научные основы сохранения и рационального использования почв
275
селяющимися в ней живыми организмами диктуются рядом научных наблюдений и фактов. К ним в первую очередь относятся
данные о проявлении признаков почвообразования на большой
глубине и проникновении многих живых организмов, связанных
с почвой, на глубину, значительно превышающую мощность деятельного слоя почвообразования (1—1,5 м). Например, ряд основных признаков почвообразовательного процесса прослеживается
до глубины более 4 м, а корни травянистых растений могут проникать до 5—10 м.
Совместное рассмотрение и изучение собственно почвы и подпочвы, а также сообщества населяющих их организмов — давно
назревшая задача, попытки решения которой предпринимались
неоднократно. Г.Н. Высоцкий (1934) выдвинул идею о глубокопрофильном (полнопрофильном) почвоведении и обосновал необходимость детального изучения всей толщи, охваченной почвообразовательным процессом. М.А. Глазовская и С.В. Зонн показали,
что почвообразование часто распространяется на значительно
большую глубину, чем это принято считать, в связи с чем полный
почвенный профиль, по их мнению, должен включать совокупность всех горизонтов, в которых отмечается развитие корней.
Важность полнопрофильных исследований доказывается не
только общими соображениями, но и конкретными наблюдениями
почвоведов. Однако широкого распространения они до сих пор не
получили, что в значительной мере объясняется отсутствием достаточного теоретического обоснования необходимости их проведения. Концепция педосистемы в определенной мере устраняет
данный пробел. Кроме того, она позволяет достаточно корректно
решить дискуссионный вопрос о расширении объема сложившегося понятия “почва” и выделении четвертой, “живой” фазы почвы.
Разработанная в рамках указанной концепции модель педосистемы (см. рис. 14) свидетельствует о большой сложности и насыщенности специфическими связями как собственно почвенной,
так и биоценотической ее составляющей. В рассматриваемой схеме
в качестве основных структурно-функциональных почвенных компонентов выделяются: 1) водорастворимые соединения и обменные ионы, 2) тонкодисперсные минералы и гумус, 3) растительные остатки, 4) грубодисперсные минералы, 5) водно-воздушная
фаза. Основными составляющими биоценоза почв служат: 1) корни растений и ризоиды, 2) микроорганизмы, 3) беспозвоночные
животные, 4) позвоночные животные, 5) продукты метаболизма
растительных и животных организмов.
276
Ч. IV. Сохранение и рациональное использование почв
Даже простой перечень и элементарная группировка основных
звеньев почвенного и биоценотического блока педосистемы свидетельствуют о том, что они характеризуются как тесным взаимодействием и взаимообусловленностью, так и наличием отчетливой
специфичности, заставляющей постоянно учитывать не только их
единство, но и качественное своеобразие. Именно это сильно затрудняет решение поднятого в литературе вопроса о расширении
объема понятия “почва” простым выделением в ее составе еще
одного компонента — “фазы живых организмов”. Этот компонент
оказывается слишком гетерогенным, насыщенным связями и взаимодействиями разных порядков. По уровню специфичности и
сложности как почвенный биоценоз, так и почва вполне могут
рассматриваться как особые системы, входящие в состав природного образования более высокой организации — педосистемы.
Сама педосистема не может трактоваться как автономная, а должна
рассматриваться в составе другой, еще более сложной системы —
биогеоценоза (экосистемы).
Такое вычленение нескольких иерархических систем не противоречит принципам системного подхода. Оно позволяет одновременно фиксировать как качественное своеобразие объектов, так и
возникновение более сложной системной организации, несводимой к простой сумме взаимодействующих структурных образований. Таким образом, введение понятия “педосистема”, с одной
стороны, позволяет сохранить докучаевское понимание почвы, а
с другой — признать необходимость постоянного и всестороннего
учета взаимосвязей почвенного тела с населяющими его живыми
организмами. Развитие концепции педосистемы в определенной
мере облегчает также решение вопросов, связанных с методическими разработками и постановкой новых исследовательских задач.
Сохранение за почвой, понимаемой по-докучаевски, и сообществом обитающих в ней организмов ранга особых природных
систем свидетельствует о целесообразности дальнейшего углубленного развития тех подходов, которые уже сложились в генетическом
почвоведении. В то же время в связи с признанием правомочности выделения более сложного образования — педосистемы —
становится очевидной необходимость принципиального усиления
экологии почв, задача которой — раскрытие в полном объеме
сущности и многообразия взаимодействий почвы с различными
природными компонентами, в первую очередь с живыми организмами и их метаболитами.
Введение понятия и разработка модели педосистемы особенно
важны в плане углубленного исследования почвенных биогеоце-
Гл. 12. Научные основы сохранения и рационального использования почв
277
нотических функций, поскольку становится более очевидной исключительная важность взаимодействий почвы и организмов,
связанных с ней. Именно эти взаимодействия, определяющие многие главные функциональные особенности педосистемы, должны
оказаться в центре внимания при изучении экологической роли
почв. Концепция педосистемы помогает полнее и глубже вскрыть
формы и причины тесной взаимосвязи экологических функций
почв и высокую динамичность многих из них.
Прежде всего понятна неизбежность глубоких изменений в мире
почвообитающих живых организмов в случае трансформации отдельных свойств почв, поскольку они вместе с ней составляют
единое образование — педосистему, или биопедоценоз. Это достаточно очевидное с рассматриваемых позиций положение до сих
пор еще не получило должного признания, особенно среди практических работников, что мешает своевременному предупреждению нежелательных явлений при хозяйственном использовании
земель.
В качестве негативных примеров можно указать случаи обеднения состава биоценоза почвы и выпадения из нее ценных видов
при применении высоких доз минеральных удобрений. Причины
данного нежелательного явления объясняются существенным
антропогенным изменением многих свойств почвы как среды
обитания: частым сдвигом от оптимальных значений рН, ОВП,
концентрации и соотношения элементов питания в почвенном
растворе и поглощающем комплексе, попаданием с рядом агрохимикатов тяжелых металлов и др. (Авдонин, 1982; Минеев, 1984,
1999; и др.). Другим фактором негативных химических изменений
почв, приводящих к деградации их биоценоза, оказывается техногенное воздушное загрязнение земель, масштабы и сила воздействия которого весьма внушительны. Размах данного явления вызывает серьезную тревогу. Если в доиндустриальную эпоху рН
дождевых вод составлял примерно 5,6, то в настоящее время во
многих регионах нередко опускается ниже 4,5. В результате происходит значительное подкисление многих почв и, следовательно, деградация их биоценозов. Ученые Германии подсчитали, что
нейтрализация ежегодно выпадающих по стране с осадками кислот требует в среднем до 7 ц/га извести.
Приведенные примеры показывают, насколько важно учитывать все экологические последствия воздействия на химизм почвы различных агентов. Они также подтверждают положение
о недопустимости одностороннего усиления одной какой-либо
почвенной функции, например источника элементов питания,
278
Ч. IV. Сохранение и рациональное использование почв
без учета всех изменений, в том числе негативных, происходящих
в биопедоценозе и экосистеме в целом. В силу взаимозависимости свойств и экологических функций почвы любое одностороннее, слабо контролируемое антропогенное воздействие на биопедоценоз вызывает в нем сложную перестройку и изменения, что
приводит к негативным последствиям. Причем в комплексе деградационных изменений обычным оказывается ухудшение по тем
или иным показателям работающего на почвенное плодородие
сообщества почвообитающих организмов, которое происходит не
только при сдвиге химических процессов в почве, но и при заметном изменении ее физического состояния.
Специальные исследования вскрыли, в частности, неоднозначность изменений почвенной биоты при осуществлении мелиоративных мероприятий. Так, установлено, что при осушении
и глубоком рыхлении гидроморфных почв Нечерноземья наряду
с благоприятными изменениями в почвенной биоте происходит и
сокращение численности ряда ценных видов организмов (Эколого-гидрологические основы..., 1986). Например, после осушения и распашки дерново-подзолистых глееватых почв на тяжелых
отложениях общее количество дождевых червей в них сократилось на 30—50%, а зоомасса снизилась с 5,5—9,5 до 3,5—4,0 ц/га.
Глубокое рыхление (до 80 см) привело в первые годы к дальнейшему резкому сокращению люмбрицид. Их общая численность
в рыхленой почве оказалась в 7—8 раз ниже по сравнению с осушенной нерыхленой и в 11 раз ниже по сравнению с залежью.
В дальнейшем при уплотнении рыхленой толщи численность
люмбрицид возрастала, но и спустя четыре года в рыхленой толще
она все еще была в 3—7 раз ниже, чем в осушенной нерыхленой
почве и на залежи.
Основная причина рассмотренных негативных изменений в
биоценозе почвы, произошедших при глубоком мелиоративном
рыхлении, понятна: мероприятия, направленные на оптимизацию
только одной группы почвенных функций (в данном случае гидрологических), привели к побочному следствию — ослаблению
других не менее важных функций, и в первую очередь функции
жилища и среды обитания почвенных беспозвоночных. В результате рыхления почвенной толщи на глубину до 80 см люмбрициды
стали обитать в новых экологических условиях, при которых оказались сильно затрудненными их вертикальные передвижения, а
естественная порозность почвы и ходы животных были нарушены.
Норники из глубины почвы не могут подняться на поверхность за
пищей, среднеярусные черви лишены возможности мигрировать
Гл. 12. Научные основы сохранения и рационального использования почв
279
в глубь почвы при возникновении неблагоприятных условий.
И в том и другом случае вероятна гибель люмбрицид (Экологогидрологические основы..., 1986).
Рассмотренные деградационные изменения в почвенном биоценозе, происходящие при односторонних аграрных воздействиях на почву с целью усиления отдельных ее свойств и функций,
объясняют, почему такие воздействия часто не дают ожидаемого
эффекта и нередко оказываются экологически и экономически
невыгодными. В связи с этим особенно остро встает вопрос о предотвращении нежелательных антропогенных изменений почвы и
педосистемы в целом. В частности, необходима разработка специальных мероприятий по сохранению в почве ценных видов беспозвоночных организмов, в первую очередь люмбрицид, особое
значение которых в эффективном поддержании почвенного плодородия получает убедительное подтверждение в специальных
экспериментах.
О.П. Атлавините с соавторами (1981) показали на почвах в биометрах положительное влияние дождевых червей на почвенную
микрофлору: отмечено увеличение численности амонифицирующих бактерий в среднем на 72%, бактерий, усваивающих минеральный азот, — на 37% и олигонитрофильных бактерий — на 21%.
Дождевые черви способствовали значительному увеличению в почве содержания обменных Са и К, гумуса, оказали стимулирующее
воздействие на активность протеазы и др. В результате влияния
дождевых червей урожай озимой ржи увеличился на 15%, ячменя —
на 25%, клевера красного — на 47%.
Особый теоретический и практический интерес представляет
проблема изменения экологических функций почв во времени и
пространстве. При решении данной проблемы важно опираться и
на рассмотренные положения о взаимосвязи почвенных функций,
поскольку функциональная перестройка и трансформация почв,
вызванные каким-либо фактором, будут протекать по вполне конкретным законам, среди которых существенное значение имеет
принцип целостности и соподчиненности экологических функций
почвы. Другим важным принципом изменения почвенных функций оказывается их различная устойчивость, что наиболее отчетливо проявляется при воздействии факторов деградации и ослаблении функционирования почв. Для почв в целом справедливо
правило, сформулированное для биологических систем: более
устойчивы эволюционно более зрелые функции.
В этой связи становятся понятными причины “утомления” многих старопахотных почв и сильного снижения их урожайности
280
Ч. IV. Сохранение и рациональное использование почв
при достаточном количестве в них элементов питания. В этих случаях, по-видимому, возникает значительная деградация более молодых экологических функций почвы (функции стимулятора и
ингибитора биохимических процессов, жилища для почвообитающих животных и др.), происходящая на фоне сохранения и усиления более зрелых функций (источник элементов питания, механической опоры).
Вследствие монофункционального подхода к почве в земледелии, как правило, основное внимание уделяется функции источника элементов питания и зачастую предаются забвению другие
важные экологические функции, многие из которых, будучи менее
зрелыми и устойчивыми, особенно легко подвержены деградации.
Все это делает проблему динамики и устойчивости функций почв
особенно актуальной, нуждающейся в глубоком всестороннем
анализе и разработке. В ходе решения данной проблемы более
глубокое содержание приобретают многие традиционные узловые
вопросы почвоведения. Так, по-новому должно пониматься почвенное плодородие (Никитин, 2010; Савич и др., 2010 и др.).
Проблема почвенного плодородия — одна из наиболее давних,
которую всегда решали по-разному. Постепенно оформились два
основных подхода к пониманию плодородия почв. Согласно одному, плодородие оценивалось как способность почв производить
урожай благодаря наличию определенных (немногочисленных)
свойств, оказывающих решающее воздействие на формирование
урожая. Согласно другому, почвенное плодородие трактовалось
как явление относительное, обусловленное многими факторами.
Примером первого подхода к определению почвенного плодородия может служить теория В.Р. Вильямса, который видел сущность плодородия почвы в обеспечении растений пищей и водой.
Роль же других факторов сводилась главным образом к косвенному влиянию по созданию благоприятных условий для проявления
основных факторов. Разделив все факторы жизни растений на
космические (свет, тепло) и земные (вода, элементы пищи), он
писал: “Способность почвы в той или иной степени удовлетворять растения в этой потребности их в земных факторах жизни
носит название плодородия почвы и представляет ее качественное отличие как природного тела от бесплодного камня и других
природных тел, неспособных обеспечить жизненную потребность
растений в одновременном и совместном наличии двух факторов
их существования — воды и пищи” (1939).
Примером второго подхода, который можно назвать многофакторным, служат высказывания С.М. Богданова, который считал,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]