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 развития. На этапе освоения практически всех плодородных земель возникли проблемы малоземелья, катастрофической эрозии, опустынивания, падения плодородия и голода. Это привело к зарождению на рубеже ХХ столетия новой науки  – почвоведения.

 

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.