Экологическая роль почвенного покрова в формировании биосферы

Почва является неотъемлемой частью любого наземного биогеоценоза и биосферы в целом. При этом она выполняет ряд экологических функций, в том числе глобальных биосферных, обеспечивающих стабильность биосферы и саму возможность существования жизни на Земле. Кроме того, по отношению непосредственно к человеку почва осуществляет ещё одну функцию — сельскохозяйственную. В основе и экологических, и сельскохозяйственных функций лежит её важнейшее свойство — плодородие.

Экологические функции почвы можно разделить на две большие группы: экосистемные (биогеоценотические) функции почвы и глобальные (биосферные) функции почвенного покрова.

Биогеоценотические функции почвы:

1. Функции почвы, обусловленные физическими свойствами: жизненное пространство; жилище и убежище; механическая опора; депо семян и других зачатков.

В рассматриваемом аспекте наиболее важным являются такие физические свойства почвы, как структура, плотность, влагоемкость, водопроницаемость, температура, теплопроводность и пр. при деградации почвы физические свойства почв в большинстве случаев изменяются в последнюю очередь.

Многочисленные данные свидетельствуют, что при различного рода деградационных процессах ухудшается структура почвы, увеличивается плотность, снижается водопроницаемость, ухудшается вводно-воздушные свойства почв. В результате девегетации усиливаются процессы эрозии и дефляции. В последнем случае наблюдается разрушение почвы, которое делает невозможным выполнение ею не только группы функций, связанной с физическими свойствами, но и любых других её функций.

2. Функции почвы, связанные с её химическим, физико-химическим и биохимическим свойствами: источник элементов питания; депо влаги, элементов питания и энергии; сорбция веществ, поступающих из атмосферы и с грунтовыми водами; сорбция микроорганизмов; стимулятор и ингибитор биохимических и других процессов.

Выполнение перечисленных функций зависит от таких свойств почвы, как содержание и запасы гумуса и элементов минерального питания, влагоемкость, щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия, активность ферментов и т. д. изменение указанных свойств происходит уже при менее значительном антропогенном воздействии на почву.

Большинство деградационных процессов ведёт к снижению содержания и запасов гумуса в почве. Возможны и изменения его качественного состава. Как правило, тормозятся процессы азотфиксации, аммонификации, нитрификации и минерализации. Это приводит к снижению содержания в почве доступных растениям форм азота, фосфора и других элементов питания растений. Происходит ухудшение питательного режима почвы. Очень часто меняется реакция среды (pH). В одних случаях увеличивается кислотность, например при вторичном подкислении, в других — происходит подщелачивание, к примеру при осолонцевании. Изменение окислительно-восстановительного потенциала почвы в основном зависит от степени изменения щелочно-кислотных условий. Деградация почв практически всегда ведёт к снижению её ферментативной активности.

3. Информационная группа функций почвы: сигнал для ряда сезонных и других биологических процессов; регуляция численности, состава и структуры биогеоценозов; пусковой механизм некоторых сукцессий; «память» биогеоценоза.

По имеющимся данным, любое антропогенное воздействие может оказать значительное влияние на общую численность, видовой состав и активность почвенной микробиоты. В зависимости от характера воздействия численность почвенных микроорганизмов может снижаться, не изменяться и даже увеличиваться. Более однозначными являются изменения состава и структуры комплекса почвенных микроорганизмов. В большинстве случаев наблюдается снижение видового разнообразия.

Учитывая глобальный характер деградации почв; сужение видового разнообразия антропогенноизменённых экосистем представляет собой очень опасную тенденцию, тем более что проявляется она уже при незначительной степени воздействия.

4. Целостные биоценотические функции почвы: аккумуляция и трансформация веществ и энергии, находящихся в биогеоценозе или поступающих в него; санитарная функция; буферный и защитный биоценотический экран; условия существования и эволюции организмов.

Выполнение почвой этой группы функций зависит от всех её свойств. На примере данной группы функций наиболее отчетливо прослеживаются обратные связи между влиянием антропогенного фактора и способностью почвы выполнять свои экологические функции.

С одной стороны, именно указанные функции призваны предотвращать негативные последствия, например загрязнение почв, с другой стороны, когда свойства почвы, определяющие эти функции, не выдерживают антропогенного процесса и происходит срыв в их работе, тогда и возникают нарушения в функционировании почвы и всей экосистемы.

Именно под устойчивостью данных функций должна пониматься устойчивость почвы к деградационным процессам.

Ухудшение целостных функций почвы, как правило, происходит одновременно с ухудшением группы химических, физико-химических и биохимических функций почвы.

Об антропогенном влиянии на группу целостных биоценотических свойств почвы можно судить по показателям фитотоксичности почв, урожайности и качеству урожая.

Деградирующим почвам свойственно усиление фитотоксических свойств, снижение урожайности и качества сельскохозяйственной продукции.

Глобальные (биосферные) функции почвенного покрова Почвенный покров, является неотъемлемым компонентом биосферы, выполняет ряд биосферных функций:

1. Среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши.

Деградировавшая по различного рода причинам почва малопригодна для обитания большинства живых организмов. Даже если почва не становится безжизненной, то формирующиеся на ней биоценозы отличаются малым объемом биомассы, низкой скоростью биологических процессов, узким видовым составом (биоразнообразием), слабой устойчивостью и т. д.

2. Сопряжение большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности.

Следствием снижения интенсивности биологических процессов является ослабление биологического круговорота веществ и усиление геологического. Это выражается в развитии эрозии почв, усилении процессов денудации суши, приводит к удалению с поверхности суши биофильных элементов.

3. Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы.

В деградирующей почве происходит изменение биогеохимических и геохимических процессов, что отражается на направленности трансформации и миграции веществ между почвой, атмосферой и гидросферой. Например, ослабление интенсивности почвенного «дыхания» снижает поглощение почвой кислорода и выделения в атмосферу углекислого газа.

4. Защитный барьер биосферы.

Почва в большей степени, чем другие компоненты биосферы, закрепляет в себе («хоронит», нейтрализует) значительную часть загрязняющих биосферу веществ, тем самым предотвращая их поступление в живое вещество. При загрязнении буферные (защитные) свойства почвы снижаются.

8. Обеспечение существования жизни на Земле Венцом всех охарактеризованных экологических функций почвы выступает её плодородие, обеспечивающее возможность существования жизни на континентах в современной форме, а также жизнь и хозяйственную деятельность человека. Негативное антропогенное воздействие снижает почвенное плодородие, продуктивность и устойчивость экосистем, количество и качество сельскохозяйственной продукции, ухудшение здоровья и качество жизни населения, сокращает продолжительность жизни.

Нарушение общебиосферных функций, выполняемых почвой, в результате целого комплекса причин в настоящее время принимает планетарный характер. Этот процесс вносит свою отрицательную лепту в развитие глобального экологического кризиса и создаёт угрозу стабильного существования биосферы.

9. Охрана почв Разрушение почвенного покрова обусловлено двумя процессами — эрозией и дефляцией. Под эрозией почв следует понимать смыв и размыв почвы поверхностным стоком временных водных потоков. Эрозия почв подразделяется на плоскостную, сопровождающуюся формированием в различной степени эродированных и намытых почв, и линейную, приводящую к образованию оврагов.

Дефляция почв — отчуждение почвенной массы под воздействием ветровых потоков большой интенсивности, проявляется на равнинной территории.

Факторами, обусловливающими эрозионную опасность земель, выступают климат, рельеф, характер почвообразующих пород, почвенные условия и растительность.

Для повышения плодородия почв используются следующие мероприятия:

• 1. Восстановление и сохранение структуры в условиях сельскохозяйственного использования почв осуществляется агротехническими методами, к ним относятся посев многолетних трав, обработка почвы в спелом состоянии, внесение органических и минеральных удобрений.
• 2. Улучшение физических свойств почв — это воздействие культурной растительности, посев сидератов, внесение органических удобрений. Химическую мелиорацию почв необходимо применять совместно с внесением органических удобрений. В результате такого комплексного воздействия почва значительно изменяет плодородие.
• 3. Регулирование водного режима направлено на рациональное использование влаги. Для этого используют следующие мероприятия: приемы окультуривания почвы (создание глубокого пахотного слоя, улучшение агрегатности, увеличение общей пористости, рыхление подпахотного горизонта и др.) повышают ее влагоемкость и способствуют накоплению больших продуктивных запасов влаги в корнеобитаемом слое.

Избыточно увлажненные почвы осушают.

На почвах, испытывающих недостаток влаги, производят орошение, снегозадержание, насаждение лесных полос, рыхление весной, «закрытие» боронованием и т. д.

• 4. Регулирование воздушного режима: осушение избыточно влажных почв, улучшение структуры и физических свойств почв.
• 5. Регулирование плодородия почв. Плодородие почв зависит от всех перечисленных факторов и одновременное воздействие на них определяют урожай растении. Необходимо внесение удобрений для увеличения гумуса в плодородном слое и рациональное использование пашен, с возмещением потерь гумуса. Для этого используется расчет гумусового баланса в севооборотах.

Мероприятия по борьбе с эрозией почв:

1. Почвозащитные севообороты.

Чтобы защитить почвы от разрушения, необходимо правильно определить состав возделываемых культур, их чередование и агротехнические приемы. При почвозащитных севооборотах исключают пропашные культуры (так как они слабо защищают почву от смыва, особенно весной и в начале лета) и увеличивают посевы многолетних трав, промежуточных подсевных культур, которые хорошо защищают почву от разрушения в эрозионно опасные периоды и служат одним из лучших способов окультурирования эродированных почв.

2. Агротехнические противоэрозионные мероприятия.

Наиболее простыми мероприятиями по регулированию поверхностного стока талых вод являются вспашка, культивация и рядовой посев сельскохозяйственных культур поперек склона, по возможности параллельно основному направлению горизонталей.

Один из наиболее эффективных почвозащитных приемов на склоновых землях — замена отвальной вспашки обработкой почвы без оборота пласта.

3. Лесомелиоративные противоэрозионные мероприятия.

Основными лесомелиоративными противоэрозионными мероприятиями являются: создание водорегулирующих лесополос в малолесных районах, создание водоохранных лесных насаждений вокруг прудов и водоемов, сплошные противоэрозионные лесопосадки на сильноэродированных крутосклонных и бросовых землях, непригодных для использования в сельском хозяйстве.

4. Водорегулирующие лесополосы Закладываются на эродированных склонах, используемых под сельскохозяйственные культуры, и предназначены для перевода поверхностного стока во внутрипочвенный. Число лесополос и расстояние между ними зависят главным образом от крутизны и длины склона: с увеличением крутизны расстояние между лесополосами уменьшается. Располагаются водорегулирующие лесополосы вдоль горизонталей. Ширина полос должна быть не менее 12,5 м. Сокращение или прекращение смыва почвы и улучшения водного режима водорегулирующими полосами повышают продуктивность сельскохозяйственных угодий в полтора-два раза.

5. Водоохранные лесные насаждения вокруг прудов и водоемов Создаются для защиты берегов от разрушения, водоемов — от заиления продуктами эрозии. Ширина водоохранных лесных насаждений (полос) вокруг прудов и водоемов в зависимости от крутизны склона и механического состава почвы колеблется от 10 до 20 м.

6 Лесомелиоративные противоовражные мероприятия.

Лесомелиоративные противоовражные мероприятия проводятся для приостановления роста и закрепления действующих оврагов с целью перевода поверхностного стока во внутрипочвенный, увеличения противоэрозионной устойчивости почвы, распыления поверхностного стока и скрепления почвенного грунта. Лесомелиоративные почвозащитные насаждения способствуют повышению эффективности всех мероприятий единого противоэрозионного комплекса. Применяются два вида насаждений:

• а) приовражные, прибалочные и надвершинные лесонасаждения;
• б) облесение сетевого фонда — дна и откосов оврагов, балок.
• 7. Приовражные и прибалочные лесные полосы

Создаются на расстоянии 2−5 м от бровок и над их вершинами для перехвата стоковых вод и скрепления почвенного грунта корневыми системами с целью замедления или полного прекращения роста оврагов. Ширина приовражных и прибалочных лесных полос должна быть не менее 15 м. Надвершинные насаждения создаются в основном над головными вершинами действующих оврагов, ширина их соответствует ширине водоподводящих ложбин; протяженность зависит от площади водосброса.

Лесные насаждения на дне оврага позволяют избежать дальнейшего его углубления. На ранней стадии развития дно оврага узкое и облесение произвести трудно, поэтому первоначально устраняют запруды, а затем дно закрепляют влаголюбивыми быстрорастущими породами деревьев.

8. Гидротехнические сооружения.

С помощью гидротехнических сооружений производится задержание, отвод и безопасный сброс той части атмосферных осадков, которую не удается задержать на прилегающих к оврагам полях агротехническими и лесомелиоративными приемами.

По назначению гидротехнические сооружения подразделяются на три группы: задерживающие стекающие в овраг стоковые воды на приовражной полосе; осуществляющие безопасный сброс поверхностных вод в овраги; укрепляющие дно и откосы оврага от дальнейшего размыва и разрушения.

Воды на приовражной полосе задерживают, устраивая систему водозадерживающих валов, которые перехватывают у самого оврага ту часть поверхностных вод, что не была задержана на водосборе. Для сооружения водозадерживающих валов и перемычек более пригодны суглинистые грунты.

Чтобы сбрасываемые в овраг воды не размывали его дно, в русле оврага устанавливают систему поперечных стенок, разбивающих продольный профиль дна на ряд террас. Деревянные и плетневые запруды применяются только в небольших оврагах, так как срок их действия не превышает двух-трех лет. Закрепленные овраги, превращенные в задерненную балку, используют в сельском хозяйстве. Богатое илистыми отложениями дно отводят под искусственные луга, а откосы — под древесные насаждения или под ягодники.