Евгений Никитин - Шагреневая кожа Земли: Биосфера-почва-человек
Выделения живых организмов могут действовать также опосредованно, путем изменения pH почвы и доступности элементов питания. Выделяемые растениями и микроорганизмами кислотные продукты, а также их внеклеточные ферменты оказываются важным фактором усвоения элементов питания из труднодоступных соединений.
Знание рассматриваемой функции почв существенно не только для теории, но и для практики. Учет активаторно-ингибиторных процессов почвы позволяет успешнее решать проблему структуры посевов. Одновидовые посевы и посадки малоперспективны. Например, отмечено, что в чистых ельниках за 2–3 поколения бонитет может упасть со II, III до IV, V классов. Ряд исследователей обращают внимание на большую производительность специальных смешанных посевов и посадок, в которых благодаря подбору видов с положительным взаимовлиянием и учету сезонной и суточной изменчивости корневых выделений имеет место более полное использование почвенного плодородия. Этому способствует прежде всего то, что питательные вещества, выделяемые корнями одного вида, не вымываются из почвы, а перехватываются корнями другого вида, с иным ритмом поглотительно-выделительной деятельности. Перехваченные вещества оказываются дополнительным источником пищи и играют роль активизатора биохимических процессов в почве.
Следует, однако, обратить внимание на то, что успешное выполнение данной функции почвой возможно лишь при определенном соотношении всех ее свойств. Так, динамика влажности почвы во многом определяет обмен корневыми выделениями. Этот обмен возможен в широком диапазоне почвенной влажности (от 25 до 90 % полной влагоемкости), но наиболее активно он протекает при влажности около 70 %.
Некоторые важные функции почвы контролируются в основном ее физико-химическими параметрами. К таким функциям относится поглощение (сорбция) тонкодисперсного вещества, поступающего из атмосферы, с боковым и грунтовым водными потоками, с растительным опадом и др. Поглотительная способность почвы существенно зависит от дисперсности мелкозема, увеличиваясь по мере утяжеления механического состава. Но и в легких почвах ее масштабы велики. Благодаря сорбированию почвенно-растительным покровом соединений, поступающих с осадками и пылью, возможно успешное произрастание растительности даже на очень бедных землях. Примером могут служить высокоствольные сосновые леса на кварцевых подзолах, состав которых более чем на 90 % представлен кремнеземом.
Сорбционная функция имеет большое значение и в жизни культурных растений. Ее влияние может быть двояким. Положительные эффекты обусловлены тем, что благодаря поглотительной способности элементы питания защищены от быстрого вымывания из почвы. Негативные явления связаны с переводом части элементов в труднодоступные формы, что приводит к снижению эффективности удобрений.
В целом работу сорбционной функции можно оценить положительно, особенно в случае ненарушенных экосистем. Однако при неправильном обращении с землей поглотительная способность почв может причинить большие неприятности земледельцу, например вследствие накопления в мелкоземе ряда вредных элементов и соединений (свинца, ртути и др), которые могут попадать с промышленными отходами и сточными водами небытового происхождения.
Преимущественно с физико-химическими свойствами связана и сорбция мелкоземом микроорганизмов, обитающих в почве или попадающих в нее.
Экологическое значение данной функции весьма велико, так как в случае ее отсутствия большая часть микроорганизмов выносилась бы из почв с нисходящим током влаги. Исследования показали, что бактериальные клетки некоторых микроорганизмов сорбируются естественной почвой более чем на 90 %. Сорбированные микроорганизмы сохраняют свою жизнедеятельность. Это является одним из доказательств справедливости высказываний, что способность сорбироваться — приспособительный признак, возникший у многих микроорганизмов в процессе эволюции.
В самостоятельную группу вычленяются информационные функции почв. Среди них выделяется функция сигнала для сезонных процессов, контролируемая периодически изменяющимися параметрами почвы: водным, тепловым, пищевым режимами и др.
Роль почвенной влаги как регулятора сезонного развития растительных организмов особенно ярко проявляется в районах недостаточного увлажнения, где смена фаз развития многих растений диктуется изменениями водообеспеченности почв. В качестве примера можно привести сокращение активного вегетационного периода у эфемеров и эфемероидов и приуроченность его к тому непродолжительному времени, пока почвы достаточно увлажнены. Жизнедеятельность почвообитающих животных в засушливых аридных районах также во многом зависит от увлажненности почв. Так, развитие яиц у ряда беспозвоночных происходит лишь при определенной влагообеспеченности почвенных горизонтов, в которых они находятся.
Одним из решающих факторов сезонного развития растений зачастую оказывается температура почвы. Так, на более холодных участках европейской северной тайги рост ели задерживается на несколько недель. Температура почвы может не только определять продолжительность вегетационного периода, но и влиять на течение ряда физиологических процессов. При значительном понижении температуры почвы наблюдается падение интенсивности поглощения растениями влаги. Особенно замедляется водопотребление, когда температура воды приближается к 4 °C, поскольку при этой температуре вода обладает наибольшей плотностью и вязкостью. Полагают также, что снижение температуры почвы может сопровождаться ослаблением фотосинтеза и дыхания растений. Все это позволяет понять, почему при освоении северных почв важным мероприятием является их тепловая мелиорация.
Одной из фундаментальных информационных функций является почвенная память. Из всех компонентов биосферы почва обладает наибольшей способностью к накоплению информации о природной среде и ее изменениях. В этой связи особенно важно изучение летописи природы, записанной почвой. Однако «процедура» эта весьма сложна, поскольку, как считают В.О. Таргульян, И.А. Соколов (1976), ее можно сравнить с чтением книги, в которой на одних и тех же страницах вольготно писали многие авторы, каждый писал о своем, но все они дополняли, исправляли и частично зачеркивали друг друга; страницы этой книги перепутаны, а часть их утеряна. Следует, однако, отметить, что познание информации, заложенной в почве, вполне реально при условии разработки специальных методов ее расшифровки и сохранения в ненарушенном состоянии полигенетических почв с наиболее полной записью природных событий.
Выделяется также группа целостных функций почвы, определяемых сочетанием многих ее свойств и процессов. При реализации данных функций в пределах биогеоценозов почва обычно выступает как единое целое. Так, почва осуществляет необходимую трансформацию энергии и веществ (находящихся или попадающих в биогеоценоз), сущность которой состоит в оптимальном преобразовании почвообразовательным процессом соединений, поступающих с растительным опадом, из атмосферы, с грунтовыми водами, а также в ходе выветривания материнских пород.
Заслуживает внимания санитарная функция почвы, характеризующаяся разнообразным проявлением. Прежде всего она обеспечивает освобождение поверхности почвы от отходов жизнедеятельности организмов в результате их минерализации почвенными микробами. Важная роль данной функции состоит также в том, что почва ограничивает или подавляет развитие в ней болезнетворных микроорганизмов, в силу чего в незагрязенных почвах они встречаются редко. Однако они часто попадают в почву с фекалиями, со сточной жидкостью, с навозом, хозяйственными отбросами. Поскольку загрязненные почвы на определенное время могут представлять эпидемиологическую опасность, важно знать сроки самоочищения их от болезнетворных микроорганизмов. Самоочищение почвы от возбудителей бруцеллёза, чумы, туляремии происходит довольно быстро — обычно за 1–2,5 мес. Возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма, некоторые фитопатогенные микроорганизмы сохраняются более длительное время. Особенно устойчив возбудитель сибирской язвы, который в гумусовых горизонтах почв скотомогильников может сохраняться в течение нескольких десятков лет.
Одним из факторов, определяющих размеры зоны загрязнения, является механический состав почвы. В легких почвах эта зона обычно значительно больше, чем в суглинистых. Поэтому безопасное расстояние от источника загрязнения для колодцев на песчаных почвах равнинных районов может составлять несколько сот метров. Сходные различия обнаруживаются и по вертикали. Глубина проникновения патогенных микроорганизмов в песчаных почвах в несколько раз больше, чем в суглинистых, и достигает 4 м и более.
