Что изучают почвоведы?

Оценка экологического качества почвы.

Определение механического и минерального состава почвы

 

Что изучают почвоведы?

Почвоведение, несмотря на всю значимость почвы в нашей жизни, лишь в конце XIX века было признано в ряду естественных наук как самостоятельный раздел естествознания. Трудами великого русского исследователя Василия Васильевича Докучаева было показано, что это еще одна оболочка земной поверхности, отдельная от атмосферы, гидросферы и литосферы.

Почва, обладающая плодородием - сложная природная система, состоящая из почвенных горизонтов, формирующихся в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов.

Основываясь на своих исследованиях чернозема, Докучаев определил почвы, как поверхностно-лежащие минерально-органические образования, которые имеют свое строение, "постоянно являются результатом взаимной деятельности следующих агентов: живых и отживших организмов (как растений, так и животных), материнской горной породы, климата, рельефа местности и фактора времени".

Почва образуется из выходящих на поверхность земли горных пород под влиянием различных факторов. Под действием ветра, атмосферной влаги, в связи с изменениями климата и температурными колебаниями горные породы, например, гранит, постепенно трескаются. На них появляются микроорганизмы, питающиеся преимущественно углеродом и азотом атмосферы и минеральными соединениями, которые они получают из горной породы. Микроорганизмы разрушают ее своими выделениями, и химический состав горной породы постепенно изменяется. Затем здесь поселяются лишайники и мхи. Животные и высшие растения окончательно разрушают горную породу, превращая ее верхний слой в почву.

Как же выглядят почвы? Если вооружиться лопатой, выйти за пределы населенного пункта и в лесу или на лугу выкопать яму (в дальнейшем - почвенный профиль) (Рис.1), то можно обнаружить серию слоев (почвенные горизонты), отличающихся друг от друга по цвету, плотности, влажности и другим признакам.

Рис.1 Почвенный разрез

На рисунках показаны некоторые почвенные профили (Рис.2).

                                

Рис. 2 - Профили тундровой, подзолистой и дерново-подзолистой почвы.

Почвенные горизонты формируются единовременно, как результат совокупного действия перечисленных выше факторов почвообразования и в этом их существенное отличие от горных пород.

На протяжении XX века велись всесторонние исследования почвенного покрова суши Земли с целью выяснения основных закономерностей происхождения, функционирования, географического распространения, эволюции почв и почвенного покрова. Был получен огромный научный материал, раскрывающий отличия почв от других сред. Активно велись и продолжают осуществляться подобные исследования и в нашей стране. В настоящее время практически вся территория России охарактеризована с точки зрения почвенного покрова. Известны основные почвенные типы, распространенные в тех или иных регионах (Рис. 3)

Рис. 3. - Географическая карта

Для исследования фундаментальных и прикладных вопросов почвоведения в нашей стране созданы и активно работают крупные научные учреждения, как в системе академии наук России, так и отраслевого характера. Во многих университетах существуют кафедры почвоведения, а в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова в 1973 г. создан отдельный факультет - факультет почвоведения. Основная задача этих учебных подразделений - подготовить высококвалифицированных специалистов, способных в будущем решать множество проблем, связанных с уникальным природным царством - почвой.

Во многих регионах мы сталкиваемся с проблемами, вызванным широкомасштабным воздействием человечества на природу. Мы бьем тревогу по поводу отравления рек, озер и морей различного рода загрязнителями. Мы видим гибель растительного покрова и животного населения вблизи крупных промышленных предприятий. Можно привести огромное количество подобного рода примеров. Неминуемо антропогенное воздействие касается и почв. Происходят многочисленные процессы деградации почвенного покрова, связанные с химическим загрязнением, перевыпасом, водной и ветровой эрозией, выпаханностью и др. Могут деградировать и превращаться в пустынные ландшафты огромные пространства. И вот тогда требуется помощь, знания и навыки почвоведов.

Почва представляет собой рыхлый, тонкий, поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Несмотря на незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении жизни. Почва представляет собой не просто твёрдое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трёхфазную систему, в которой твёрдые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро- и макроорганизмов. Тут сглажены температурные колебания по сравнению с приземным слоем воздуха, а наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают ражим влажности, промежуточный между водной и наземной средой. В почве концентрируются запасы органических и мниральных веществ, поставляемых продуктами жизнедеятельности живых организмов, отмирающей растительностью и трупами животных. Всё это определяет большую насыщенность почвы жизнью.

В почве сосредоточены корневые системы наземных растений.

Рис.1. Подземные ходы полевки Брандта: А – вид сверху; Б – вид сбоку

 

Рис.2. Размещение корней в степной черноземной почве (по М. С. Шалыту, 1950)

В среднем на 1м² почвенного слоя приходится более 100 млрд клеток простейших, миллионы коловраток и тихоходок, десятки миллионов нематод, десятки и сотни тысяч клещей и коллембол, тысячи других членистоногих, десятки тысяч энхитреид, десятки и сотни дождевых червей, моллюсков и прочих беспозвоночных. Кроме того, 1см² почвы содержит десятки и сотни миллионов бактерий, микроскопических грибов, актиномицетов и других микроорганизмов. В освещенных поверхностных слоях в каждом грамме обитают сотни тысяч фотосинтезирующих клеток зеленых, желто‑зеленых, диатомовых и сине‑зеленых водорослей. Живые организмы столь же характерны для почвы, как и ее неживые компоненты. Поэтому В. И. Вернадский отнес почву к биокосным телам природы, подчеркивая насыщенность ее жизнью и неразрывную связь с ней.

Неоднородность условий в почве резче всего проявляется в вертикальном направлении. С глубиной резко меняется ряд важнейших экологических факторов, влияющих на жизнь обитателей почвы. Прежде всего это относится к структуре почвы. В ней выделяют три основных горизонта, различающихся по морфологическим и химическим свойствам: 1) верхний перегнойно‑аккумулятивный горизонт А, в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз; 2) горизонт вмывания, или иллювиальный В, где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества, и 3) материнскую породу, или горизонт С, материал которой преобразуется в почву.

В пределах каждого горизонта выделяются более дробные слои, также сильно различающиеся по свойствам. Например, в зоне умеренного климата под хвойными или смешанными лесами горизонт А состоит из подстилки (А₀) – слоя рыхлого скопления растительных остатков, темноокрашенного гумусового слоя (А₁), в котором частицы органического происхождения перемешаны с минеральными, и подзолистого слоя (А₂) – пепельно‑серого по цвету, в котором преобладают соединения кремния, а все растворимые вещества вымыты в глубину почвенного профиля. Как структура, так и химизм этих слоев очень различны, и поэтому корни растений и обитатели почвы, перемещаясь всего на несколько сантиметров вверх или вниз, попадают в другие условия.

Размеры полостей между частицами почвы, пригодных для обитания в них животных, обычно быстро уменьшаются с глубиной. Например, в луговых почвах средний диаметр полостей на глубине 0–1 см составляет 3 мм, 1–2 см – 2 мм, а на глубине 2–3 см – всего 1 мм; глубже почвенные поры еще мельче. Плотность почвы также изменяется с глубиной. Наиболее рыхлы слои, содержащие органическое вещество. Порозность этих слоев определяется тем, что органические вещества склеивают минеральные частицы в более крупные агрегаты, объем полостей между которыми увеличивается. Наиболее плотен обычно иллювиальный горизонт В, сцементированный вымытыми в пего коллоидными частицами.

Влага в почве присутствует в различных состояниях: 1) связанная (гигроскопическая и пленочная) прочно удерживается поверхностью почвенных частиц; 2) капиллярная занимает мелкие поры и может передвигаться по ним в различных направлениях; 3) гравитационная заполняет более крупные пустоты и медленно просачивается вниз под влиянием силы тяжести; 4) парообразная содержится в почвенном воздухе.

Содержание воды неодинаково в разных почвах и в разное время. Если слишком много гравитационной влаги, то режим почвы близок к режиму водоемов. В сухой почве остается только связанная вода и условия приближаются к наземным. Однако даже в наиболее сухих почвах воздух влажнее наземного, поэтому обитатели почвы значительно менее подвержены угрозе высыхания, чем на поверхности.

Состав почвенного воздуха изменчив. С глубиной в нем сильно падает содержание кислорода и возрастает концентрация углекислого газа. В связи с присутствием в почве разлагающихся органических веществ в почвенном воздухе может быть высокая концентрация таких токсичных газов, как аммиак, сероводород, метан и др. При затоплении почвы или интенсивном гниении растительных остатков местами могут возникать полностью анаэробные условия.

Колебания температуры резки только на поверхности почвы. Здесь они могут быть даже сильнее, чем в приземном слое воздуха. Однако с каждым сантиметром вглубь суточные и сезонные температурные изменения становятся все меньше и на глубине 1–1,5м практически уже не прослеживаются.

Рис.3. Уменьшение годовых колебаний температуры почвы с глубиной (по К. Шмидт‑Нильсону, 1972). Заштрихованная часть – размах годовых колебаний температуры

Все эти особенности приводят к тому, что, несмотря на большую неоднородность экологических условий в почве, она выступает как достаточно стабильная среда, особенно для подвижных организмов. Крутой градиент температур и влажности в почвенном профиле позволяет почвенным животным путем незначительных перемещений обеспечить себе подходящую экологическую обстановку

Литература:

Чернова Н. М., Былова А.М.Общая экология. Учебник для биологических факультетов педвузов.— Изд-во Дрофа. 2004.— 412 с.

Исследование почв

Для исследования почв потребуется: лопата, сантиметр, ножик для препарирования почвенных горизонтов, дневник, компас, бутылка с водой.