Почва как компонент биосферы, значение в природе и жизни людей
Почва как компонент биосферы, значение в природе и жизни людей. Основоположники науки о почве, их труды и значение в развитии почвоведения.
Исторически сложилось так,
что почву в первую очередь
стали изучать как средство производства,
обладающее плодородием. Такое представление
о почве вполне удовлетворяло
человечество в течение нескольких
тысячелетий исторического
Почвоведение – наука о происхождении, эволюции, свойствах и функциях почв в биосфере. Почвоведение рассматривает почвы также как объект труда и средство производства. Основоположником научного почвоведения, определившим его предмет и основные методы исследования был выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев (1846 – 1903). До Докучаева почвоведение рассматривалось как часть агрономии или как часть геологии. В.В. Докучаев определил почву как особое природное тело, подобное минералам, растениям и животным. По его определению почва – это естественно-историческое тело, образованное при взаимодействии пяти факторов почвообразования: почвообразующей горной породы, рельефа, климата, живых организмов, времени. К этим факторам в современный период добавляют антропогенный фактор. Определение В.В. Докучаева можно выразить известной формулой Е.В. Гильгарда:
П = f (Г, Р, К, О, Ч) t, где
П – почва;
f – функция;
Г, Р, К, О, t - факторы почвообразования. Г – почвообразующая горная порода, Р – рельеф, К – климат, О – живое органическое вещество, Ч – антропогенный фактор, t – время. Все факторы почвообразования, кроме антропогенного, являются строго и в равной мере необходимыми для почвоообразования. Антропогенный фактор не является необходимым для возникновения и развития почвы, однако, его влияние на почвенный покров по степени воздействия в настоящее время не уступает другим факторам.
Самое главное в докучаевском определении почвы – это то, что оно, во-первых, ставит почву в ряд самостоятельных тел природы, качественно отличающихся от всех иных природных образований. Во-вторых, согласно докучаевскому определению, почва – это явление историческое, имеющее свое происхождение и возраст. Третье – это подчеркнутое в самом определении наличие функциональных связей между почвой и всеми другими природными телами и явлениями.
Почвы входят в состав сложных экологических систем, изменяющихся во времени в зависимости от изменения географической среды и выполняют в биосфере важнейшие функции. Перечислим основные из них.
^ Обеспечение существования жизни на Земле. Именно из почвы растения, а через них животные и человек получают элементы питания и воду. Почва – это следствие жизни и одновременно условие его существования. Особое значение имеет то, что почва, отличаясь относительно мягким микроклиматом, является средой обитания большинства живых организмов планеты. Состав почвенного воздуха близок к составу атмосферы Земли в ранние этапы развития биосферы. Поэтому многочисленные организмы находят эту среду обитания наиболее благоприятной для жизни, особенно на начальных стадиях развития. Глобальные изменения климата на Земле смягчались почвенной средой. В почве создавались условия для постепенной адаптации и эволюции живых организмов. Здесь они и в настоящее время находят необходимые для жизнедеятельности вещества и энергию, сосредоточенные в значительной степени в специфическом почвенном веществе - гумусе. Развитие концепции структурного центра, впервые предложенное А. И. Перельманом, позволяет осознать основополагающую роль почвы в эволюции жизненных форм и увеличения их разнообразия, уже начиная с первых шагов после выхода примитивных организмов на сушу в протерозойское время.
^ Обеспечение постоянного взаимодействия биологического и геологического круговоротов веществ на земной поверхности. Почва является начальным звеном великого планетарного круговорота химических элементов. На почве замыкаются абиотические массо- и энергообменные, а также трофические цепи. На суше, в системе почва - организмы, существует общепланетарный циклический обмен энергией и веществом. Он заключает поглощение, переход в состав органического вещества и затем минерализацию биогенных элементов. В почве биогенные элементы включаются в биологический круговорот замедляя свое движение по большому геологическому круговороту.
^ Регулирование химического состава атмосферы, гидросферы и литосферы. Почвенный воздух, богатый углекислым газом, регулирует содержание его в атмосфере. Вся влага атмосферных осадков, выпадающая на поверхность суши и поступающая в моря и океаны, проходит через почву, оставляя здесь часть элементов и обогащаясь веществами из почвы. Почвенный покров Земли находится в постоянном взаимодействии с литосферой, здесь активнейшим образом происходят процессы выветривания и переотложение материала.
^ Регулирование биосферных процессов. Плотность жизни на Земле в значительной степени связана с почвенным плодородием, с ее свойствами, определяющими ее как среду обитания живых организмов.
^ Аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии. В масштабе планеты на суше ежегодно вовлекается в биогенный круговорот до n· 108 т элементов питания растений. Большая часть минеральных веществ ежегодно возвращается в почвы вследствие разложения фитомассы. Этот грандиозный процесс является главной двигательной силой в почвообразовании, в создании плодородия почв и оформлении гумусовой оболочки на суше.
^ Почва – это основное средство сельскохозяйственного производства. В современный период человек активно использует регулирующее свойство почвы. Он старается направить движение веществ таким образом, чтобы получать в необходимом количестве продукты питания и сырье. Активно занимая и преобразовывая территорию, человек изменяет характер и направление биологического и геологического круговоротов, нарушая тем самым сложившееся на протяжении геологического времени динамическое равновесие между различными частями биосферы. При неправильном использовании почвы она вовлекается в энтропийный процесс, который всегда связан с деградацией.
Перечисленные функции позволяют считать почву важнейшим, более того, центральным компонентом природных комплексов. Действительно, почва, при своем формировании являясь абсолютно зависимым компонентом на пересечении взаимодействующих потоков вещества и энергии, впоследствии обретает функции управления и, в конечном итоге, начинает определять лицо ландшафтного комплекса.
Одновременно с докучаевским генетическим направлением в русской науке развивалось и другое направление почвоведения, в котором выделялась главная функция почвы – ее плодородие. Это направление разрабатывалось П.А. Костычевым и академиком В.Р. Вильямсом. Подходы В.В. Докучаева и П.А. Костычева – В.Р. Вильямса взаимно обогащают и дополняют друг друга.
Являясь компонентом биосферы почва является продуктом взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и живого вещества. В почве, также как и в биосфере, вещества находятся в твердом, жидком, газообразном состоянии и в состоянии живой фазы (населяющих почву организмов). Твердое вещество почв представлено минералами на разных стадиях выветривания, солями, продуктами метаболизма и отмирания организмов. Жидкая фаза представлена растворами различной концентрации и связи с твердым веществом. Почвенный воздух существенно отличается по своему составу от приземного слоя воздуха. Почвенные организмы характеризуются большим разнообразием и включают все царства живой природы: растения, животные, грибы и прокариоты. Почва представляет собой сложную систему, в которую поступают из вне вещества и энергия и в преобразованном виде передаются в другие природные объекты. Вещества в почве располагаются закономерно образуя почвенные горизонты, агрегаты и новообразования, характеризующиеся определенной структурой. В современном почвоведении принято следующее определение почвы. Почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая четырехфазная структурная система возникшая в результате взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и живых организмов в поверхностном слое коры выветривания. Почвенный покров на Земле во всей его сложности и неоднородности в пространстве является функцией горной породы, рельефа, климата, растительного покрова, животного мира, человека и времени.
Примерно полмиллиарда лет назад, одновременно с возникновением жизни на суше на планете возникли примитивные почвы с маломощным профилем. В конце силурийского периода, когда на побережьях в условиях высокого увлажнения появились псилофиты, растения не имевшие корней, на Земле стали формироваться самые древние болотные почвы. В конце девонского периода, около 350-360 млн. лет назад, на планете произошло резкое изменение растительности: псилофиты исчезли, но повсюду распространились папоротники и хвощи, имеющие настоящие корни. В каменноугольном периоде они заняли обширные территории суши. Под этой растительностью стали формироваться почвы, близкие тем, которые господствуют сейчас в тропических и субтропических влажных лесах. В пермском периоде в обширных областях установился сухой пустынный климат, а в некоторых - холодный, влажный, сходный с таежным. В это время появились пустынные почвы, а также почвы сухих саванн и солончаки. Началом развития современных почвенных зон можно считать юрский и меловой периоды, когда с резким изменением климата получили развитие покрытосеменные растения. В палеоцене (около 40 млн. лет назад) возникли новые природные ландшафты - степи и появились степные почвы черноземного и каштанового типа. В плейстоцене, когда образовалась тундра, появились тундровые почвы и сфагновые торфяники.
Классики русского почвоведения В.В. Докучаев. Н.М. Сибирцев, П.А. Костычев, П.С. Коссович, К.Д. Глинка, Э. Гильгард в США, Э. Раманн в Германии и др. в период становления науки разработали ряд главных положений в исследовании почв.
Почва должна исследоваться как самостоятельное естественно-историческое тело природы.
Изучение генезиса почв, также как и генезиса минералов, эволюции живых организмов, является важнейшей идеей, имеющей как теоретическое, так и практическое значение. Для выявления генезиса почв необходим анализ факторов почвообразования, их изменения во времени и определение ведущих почвообразовательных процессов, отразившихся в признаках и свойствах почвенного профиля.
Предметом изучения является почвенный профиль.
Важнейшей характеристикой является динамика водно-воздушного режима почвы.
Главной формой существования почвенных тел принят тип почвы. Разработана и продолжает совершенствоваться систематика и классификация почв.
При исследовании почв учитывается с одной стороны непрерывность почвенного покрова, с другой стороны реально существующий индивидуум в трехмерном пространстве.
Главной функцией почвы, обеспечивающей жизнь на Земле, является ее плодородие.
Почва является специфической геосферой, через которую осуществляется взаимодействие других геосфер планеты.
Современное генетическое почвоведение исходит из понятия о почве как об очень сложной системе с бесконечно большим разнообразием внутренних и внешних функциональных связей, имеющих очень сложную многоуровневую структурную организацию. На базе системного подхода было сформулировано представление об иерархических уровнях структурной организации почвы, имеющей важнейшее методологическое и практическое значение. Было показано, что при исследовании почвы как природного тела необходимо различать иерархическую серию последовательных уровней ее структурной организации, каждый из которых требует специфических методов и подходов исследования. Выделяют уровни: атомарный, кристалломолекулярный или молекулярно-ионный, элементарных почвенных частиц, агрегатный, горизонтный, профильный, уровень почвенного покрова.
Важное методологическое значение имеет разработанная В.В. Докучаевым концепция почвы как зеркала ландшафта. Почва, также как и ландшафт, представляет собой сложную систему, формирующуюся при взаимодействии тех же факторов. Почва является средой обитания абсолютного большинства организмов, осуществляя связь между живой и неживой частью ландшафта. В почве трансформируется и аккумулируется солнечная энергия, а процессы обмена веществ, циклической миграции достигают высшего напряжения. Поэтому почву можно считать ядром, центральной частью ландшафта. Большое значение имеет концепция почвы как компонента экосистемы и биосферы.
^ Основные этапы развития почвоведения
I этап. Неолит, бронзовый век. Формируются первые представления о почве, возникает земледелие.
II этап. IV-I вв. до н.э. В трудах ученых античного мира: Коллумеллы, Плиния, Лукреция Кара и др., посвященных агрономии отражены первые научные представления о почве.
III этап. Средние века (V- ХVII). Проводятся описания качества почв и земельных угодий для установления феодальных повинностей и привилегий. Создаются писцовые книги в России, землеоценочные акты в Германии, земельные кадастры в Китае. В ХIV- ХVI веках отмечается возрождение практического интереса к почвам.
IV этап Середина ХIХ века. Возникает наука о приемах обработки почв и выращивании культурных растений – агрономия. Работами выдающихся ученых Ю. Либиха 1840 г. в Германии и Ж. Буссенго во Франции утверждается теория минерального питания растений. Одновременно развивается геологическое направление в почвоведении трудами Ф. Фаллу, Г. Берендта, Ф. Рихтгоффена, которые изучают почву, как верхнюю часть коры выветривания.
V этап (1711-1765 гг.). Большая роль в развитии почвоведения в России принадлежит М.В. Ломоносову. В работе "О слоях земных" он дал правильное научное определение сущности почвообразовательного процесса. Он указал, что почвообразование заключается во взаимодействии растительности и продуктов их перегнивания с горными породами и выражается в развитии плодородия. Почвообразование показано как исторический процесс, протекающий во времени.
VI этап ознаменовался в России созданием в 1765 г. Вольного экономического общества (ВЭО). Основываясь на вопросниках, разосланных по губерниям, было получено описание качества почв России. В этот период было организовано много экспедиций Академии Наук результаты работы которых были опубликованы.
В 1879 г. вышла почвенная карта Чаславского В.И., где было выделены черноземы, серые земли, подзолы, солончаки.
В 1877 -1881 гг. В.В. Докучаев по поручению ВЭО провел детальные исследования черноземов России. В 1883 г. Докучаев опубликовал монографию "Русский чернозем", который олицетворяет создание новой науки - генетического почвоведения. В.В. Докучаев сформулировал основные законы почвообразования и географии почв, важнейшим из которых является закон зональности почв. Он разработал закон вертикальной поясности, описал зональные типы почв, создал первую научную классификацию почв.
Сооснователем генетического почвоведения является П.А. Костычев. Он работал в те же годы, что и Докучаев и был одним из основных оппонентов. Вместе с учеником Докучаева Н.М. Сибирцевым он систематизировал и развил основы учения о почвах.
Докучаев создал замечательную школу, представители которой оказали большое влияние не только на развитие почвоведения, но и минералогии, петрографии, геохимии, ботаники, лесоводства, ландшафтоведения, агрономии. Его учениками были: В.И. Вернадский, К.Д. Глинка, С.А. Захаров, Б.Б. Полынов, Г.Ф. Морозов и др.
Признавая авторитет В.В. Докучаева, русские и зарубежные исследователи истории почвоведения отмечают большую роль в развитии этой науки зарубежных ученых: Гильгарда в США, Вольни и Раманна в Германии, Ю. Шлезинга во Франции, Аарнио в Финляндии и др. исследователей.
В начале ХХ века на основе докучаевских идей почвенные исследования активизируются. В это время были проведены экспедиционные исследования для переселенческих целей во многих регионах России. Сформировались научные школы в МГУ (руководитель А.Н. Сабанин), в Тимирязевской (Петровской) академии – В.Р. Вильямс, в Лесном институте в Петербурге (П.С. Коссович). В 1927 г. создан почвенный институт им. В.В. Докучаева, а в 1939 г. образовалось Всесоюзное общество почвоведов (ВОП). В это же время были открыты кафедры почвоведения в ряде университетов и ВУЗов. В почвоведении четко определились самостоятельные разделы: физика почв, биология почв, минералогия, картография и география почв, а также прикладные отрасли: агрохимия, агрофизика, эрозиоведение, мелиоративное и лесное почвоведение и др.
Широкую известность получают работы К.К. Гедройца, В.Р. Вильямса, Л.И. Прасолова, Б.Б. Полынова, И.В. Тюрина, Н.А. Качинского, И.П. Герасимова, А.А. Роде,
Окислительно-
В химическом отношении разложение
органических веществ — процесс
окислительно-
Для большинства почв характерно
присутствие в почвенном
Почвы с восстановительной обстановкой — так называемые гидроморфные — почвы избыточного увлажнения. Это происходит при формировании почв в понижениях, при близком залегании грунтовых вод или при скоплении поверхностных вод. Почвенного воздуха недостаточно, все поры почвы заполнены водой, т.е. представлены почвенным раствором, кислород содержится только в почвенном растворе, поэтому его явно недостаточно для окисления растительных остатков. При этом возрастает роль микробиологического разложения органических веществ. В этих условиях господствуют анаэробные бактерии, способные окислить органические вещества при отсутствии свободного кислорода воздуха. Трехвалентное железо в этих условиях
служит окислителем и восстанавливается до двухвалентного состояния Fe3+ → Fe2+, а углерод органических соединений при этом окисляется. Соединения двухвалентного железа имеют зеленую, сизую, синеватую, серую окраску, поэтому почвы и горизонты, где протекают подобные процессы, приобретают зеленоватый или сизый оттенок, характерный для глеевых почв.
Г.Н. Высоцкий впервые ввел термин глей. Районов с глеевой обстановкой особенно много в Западно-Сибирской низменности (тундра, заболоченная тайга, березовые леса), Подмосковной Мещере (болота), Белорусском Полесье и т. д.
При глеевой обстановке в почвенном растворе много органических веществ, в том числе органических кислот, которые образуются при неполном окислении растительных остатков. Продукты окисления органических веществ образуют органо-минеральные подвижные соедине-ния со многими металлами — железом, марганцем, медью, никелем, кобальтом, цинком, свинцом и т.д. Поэтому глеевая обстановка — это образование агрессивных соединений, которое способствует энергичной миграции многих металлов по профилю почв.
Для количественной характеристики
окислительно-
Eoв — окислительно-восстановительный потенциал, который выражает суммарный эффект разнообразных окислительно-восстановительных систем почвы в данный момент.
Е — окислительно-
При падении потенциала Еh до 200 мВ и ниже начинается интенсивное развитие восстановительных процессов глееобразования (глеевые почвы меньше 200). Оптимальные условия для нитрификации при Еh 350-500 мВ. При резком падении потенциала развивается денитрификация. Снижение потенциала Еh до 200-350 мВ вызывает накопление Fе2+ и Мn2+, т.е. форм, токсичных для роста и развития большинства растений. Таким образом, при избыточном увлажнении формируются неблагоприятные воздушно-физические режимы (недостаток кислорода), накапливается много токсичных форм тяжелых металлов (Fе2+, Мn2+), ухудшается режим основных элементов питания, например, создаются неблагоприятные условия для нитрификации или идет связывание фосфат-ионов в труднорастворимые соединения с поливалентными металлами (Fе, Аl), а также возникает кислая и сильнокислая реакция среды.
Понятие о водном режиме. Типы водного режима в почвах РФ и их характеристика
В жизни любого человека и общества земля играет важную экологическую, экономическую и политическую роль. Земля – это территория государства. Как объект хозяйственной деятельности человека она существует без всякого содействия с его стороны – как всеобщий предмет человеческого труда, как основное средство производства в сельском и лесном хозяйстве. Земля используется также как фундамент, как пространственный операционный базис для развития всех отраслей народного хозяйства.
Что представляет собой «земля» как юридическая категория? По законодательству понятием «земля» обозначается поверхность земного шара, находящаяся в пределах государственных границ России. В этом смысле земля измеряется квадратными метрами, километрами, гектарами.
Очевидно, что при характеристике юридической категории «земля» как объекта правовой охраны от вредных воздействий в ее содержание должны включаться иные элементы, касающиеся прежде всего качественного состояния земли. Применительно к охране земель от загрязнения и иных факторов деградации чаще говорится об охране почв. «Почва» представляет собой плодородный поверхностный слой земли, образовавшийся в результате продолжительного взаимодействия органических и неорганических природных факторов. Его толщина колеблется от нескольких миллиметров до 2 метров. В связи с этим следует особо подчеркнуть, что целью правовой охраны земли является не сохранение ее общей площади (она в основном остается неизменной), а сохранение, восстановление, улучшение качественного состояния земель.
Юридически значимой характеристикой земли является то, что в отличие от «почвы» земля не может быть отделена от поверхности земного шара. Не случайно еще со времен римского права земля считается недвижимостью. При характеристике понятия « земля », к примеру, как объекта права собственности, основное внимание уделяется пространственным границам земли или земельного участка.
Различия в качественных характеристиках почв – физических, химических, физико-географических, хозяйственно-экономических, исторических и даже эстетических, а также особенности почв как недвижимости служат основой для установления видов и категорий земель, предусмотренных ст. 4 ЗК РСФСР. В соответствии с основным целевым назначением все земли в РФ подразделяются на:
• земли сельскохозяйственного назначения;
• земли населенных пунктов (городов, поселков и сельских населенных пунктов);
• земли промышленности, транспорта, связи, космического обеспечения, энергетики, обороны и иного назначения;
• земли природоохранного, природно-заповедного, оздоровительного, рекреационного и историко-культурного назначения;
• земли лесного фонда;
• земли водного фонда;
• земли запаса.
Отнесение земель к указанным категориям и перевод их из одной категории в другую производится в связи с изменением целевого назначения земель в случаях, предусмотренных в законодательстве, уполномоченными органами в соответствии с их компетенцией при изъятии и предоставлении земель в пользование или аренду. Категорирование земель имеет существенное экологическое значение. Экологически значимые и особо ценные земли выделены в отдельные категории. В земельном законодательстве определяется их правовой режим.
При решении вопросов о
предоставлении земель в пользование
или аренду соответственно учитывается,
к какой категории они
Наряду с Конституцией РФ, Законом «Об охране окружающей природной среды», другими законами, содержащими некоторые общие нормы относительно землепользования и охраны земель как части природы, отношения по использованию земель и их охране регулируются в рамках земельного законодательства.
Правовое регулирование изъятия и предоставления земель в пользование, достаточно подробно рассмотренное в разд. XI настоящего учебника «Лицензионно-договорные основы природопользования и охраны окружающей среды», также призвано обеспечить охрану земель, их рациональное использование. Регулируя порядок предоставления земель в пользование или аренду, ЗК РСФСР устанавливает права и обязанности природопользователей и арендаторов по обеспечению рационального использования земельных ресурсов и их охране. Одним из основных принципов землепользования является принцип использования земель строго в соответствии с целями, для которых земли были предоставлены.
В земельном законодательстве определены задачи и конкретные требования, адресованные собственникам земли, землевладельцам, землепользователям и арендаторам по охране земель. Под охраной земель понимается система правовых, организационных, экономических и других мероприятий, направленных на их рациональное использование, предотвращение необоснованных изъятий земель из сельскохозяйственного оборота, деградации, а также на восстановление продуктивности земель и повышение плодородия почв.
Содержание охраны земель составляют закрепленные в законодательстве правовые меры предупредительного, запретительного, восстановительного и иного характера, направленные на:
· рациональную организацию территории;
· восстановление и повышение плодородия почв, а также других полезных свойств земли;
· защиту земель от водной и ветровой эрозии, селей, подтопления, заболачивания, вторичного засоления, иссушения, уплотнения, загрязнения отходами производства, химическими и радиоактивными веществами, от других процессов разрушения;
· защиту от заражения сельскохозяйственных угодий и других земель карантинными вредителями и болезнями растений, зарастания сорняками, кустарником и мелколесьем, других процессов ухудшения культуртехнического состояния земель;
· рекультивацию нарушенных земель, восстановление их плодородия и других полезных свойств земли и своевременное вовлечение в хозяйственных оборот;

- Почва как среда обитания
- Почва как среда обитания
- Почва как среда обитания
- Почва как среда обитания. Адаптации организмов к ней
- Почва как среда обитания. Организм как среда обитания
- Почва как фактор среды обитания
- Почва, как экологический фактор. Состав почвы
- Почва: значение и структура
- Почва и здоровье человека
- Почва и источники ее загрязнения
- Почва и почвенные ресурсы
- Почва и почвенные ресурсы России
- Почва как компонент биосферы
- Почва как компонент биосферы