Функции почвы в агроэкосистемах

При разложении мертвых растительных ос­татков в среднем на 1 га суши продуци­руется 84 кг диоксида углерода в сутки. Установлено, что 40...70 % этого газа, ис­пользуемого в процессе фотосинтеза, обеспечивается «дыханием почвы». Ос­тальное количество привносится путем горизонтального и турбулентного пере­мещения воздушных масс. В свою оче­редь, почва одновременно поглощает ат­мосферный кислород. Обогащая (изби­рательно) поверхностные и подземные воды химическими веществами, почва влияет на гидрохимическое состояние вод суши и прибрежных акваторий мо­рей и океанов.

Важнейшая глобальная функция по­чвы — накопление в поверхностной ча­сти коры выветривания, в почвенных органогенных горизонтах специфичес­кого органического вещества — гумуса и связанной с ним химической энергии.

Процессы биогенного накопления, трансформации и перераспределения энергии, поступающей от Солнца на Землю, протекают в почве непрерывно. (Почва выполняет своеобразную косми­ческую функцию.) Запасы этой энергии являются источником жизненно важных процессов. Сосредоточена потенциаль­ная биогенная энергия в почвенном по­крове главным образом в виде корней растений, биомассы микроорганизмов и гумуса. Как свидетельствуют экспертные оценки, суммарные запасы энергии, свя­занной в гумусе почвенного покрова всей суши планеты, достигают 4,2-(10¹⁵... 10¹⁶)Дж. Они равны запасам энергии, накопленной надземной частью фитомассы, или превышают их. Характерно, что запасы потенциальной энергии це­линных черноземов в гумусовом гори­зонте на 1 га составляют примерно 4,2-10²Дж. Очевидно, что почвенный покров, особенно гумусовая оболочка суши, служит общепланетарным нако­пителем и распределителем энергии, об­разованной в процессе фотосинтеза.

Почва защищает литосферу от влия­ния экзогенных факторов и регулирует интенсивность геологической денуда­ции.

Почва выступает как регулятор рас­пространения живых организмов, выполняя функцию генерирования и со­хранения биологического разнообразия. Будучи средой обитания множества организмов, она ограничивает деятель­ность одних и способствует активности других. Чрезвычайное разнообразие по­чвенных разностей предопределяет весь­ма различные условия жизнедеятельнос­ти организмов. От этого, в частности, за­висят плодородие почв и устойчивость агроэкосистем. Например, черноземные почвы, характеризующиеся высокой чис­ленностью микробного населения, обла­дают высоким плодородием и лучшей ус­тойчивостью к неблагоприятным факто­рам среды. Дерново-подзолистые, а осо­бенно подзолистые почвы отличаются более низкой обсемененностью почвен­ными микроорганизмами, невысоким плодородием и слабой устойчивостью к различным токсикантам. Следовательно, северные ценозы отличаются большей ранимостью, чем южные, и это необходи­мо учитывать в процессе производствен­ной деятельности.

Почва — главное средство сельскохо­зяйственного производства и основа аг-роэкосистем. Человечество получает из почвы около 95 % всех продуктов пита­ния. Забота о сохранении почвенного плодородия, «здоровья» почвы должна быть приоритетной в сельскохозяй­ственном производстве.

Почва представляет собой жизнен­ное пространство, обеспечивающее обитание живых организмов.

Почва является механической опо­рой произрастающей на ней раститель­ности.

Незаменима роль почвы как храните­ля семян. Способность почвы хранить семена в течение нескольких лет без по­тери всхожести объясняется наличием веществ, ингибирующих прорастание семян. Тем самым в природе поддержи­ваются биоразнообразие и способность к обновлению растительных популяций.

Почва аккумулирует необходимые для жизнедеятельности населяющих ее организмов, в том числе первичных продуцентов, воду, питательные и энер­гетические вещества, что в значитель­ной степени определяет ее плодородие.

Почва — своеобразный склад фер­ментов. В ней находятся все известные в живых организмах ферменты, в том чис­ле определяющие почвенное плодородие и ее «здоровье» — пероксидазы, нитрогеназы, нитратредуктаза, каталаза и др. Ра­бота этих ферментов определяет азотный режим почвы, доступность элементов питания, а также способность почвы к детоксикации различных поллютантов.

Почва регулирует гидротермический режим, что позволяет населяющим ее организмам сохранять свою жизнедея­тельность при определенных значениях температуры и влажности.

Почва выполняет санитарную функ­цию. Высокая самоочищающая способ­ность почвы за счет обитающей в ней биоты обеспечивает обезвреживание многих патогенов и токсикантов, что положительно влияет на качество сельс­кохозяйственной продукции, состояние окружающей природной среды.

Почве присуща информационная функция. Известно, например, что пе­реход весной температуры почвы через +5 °С стимулирует активизацию (увели­чение подвижности) азота, фосфора, калия, т. е. указанный предел темпера­туры служит «сигналом» к началу по­требления питательных элементов в связи с наступлением вегетационного периода. От особенностей почвенного покрова зависят «поспевание почвы», продолжительность вегетационного пе­риода в различных экологических усло­виях. Почва выступает в качестве био­химического барьера. Способность по­глощать различные соединения, в том числе токсичные, позволяет ей выпол­нять роль химического санитара окру­жающей среды и тем самым предотвра­щать поступление загрязнений в сельс­кохозяйственную продукцию.

Нельзя не обратить внимание на еще одно уникальное свойство почвы — «па­мять» (способность хранить долговре­менную информацию об экологическом состоянии территории). Это очень важ­но для мониторинга, для прогнозирова­ния и др. Например, по образцам по­чвы, отобранным в начале XX в. и в пос­ледующие годы, была установлена ди­намика загрязнения экосистем токсич­ными тяжелыми металлами примерно за столетний период. Первоначальная (1909—1910 гг.) концентрация одного из наиболее опасных тяжелых металлов — свинца — в верхнем 10-сантиметровом гумусовом слое дерново-подзолистой почвы на Лесной опытной даче МСХА составляла 6 мг/кг. В последнее время уровень загрязнения почвы по этому токсиканту возрос в 40...50 раз. Только по данному показателю можно предпо­ложить, что за столетний период эколо­гическая обстановка ухудшилась, как минимум, в 50 раз, несмотря на удален­ность территории от напряженных го­родских магистралей.

Почвоутомление.

Рассматривая фун­кциональную роль почвы в эко- и агроэкосистемах, нельзя упускать из виду определенную ограниченность ее. Эти функции небезграничны и вследствие производственной деятельности могут нарушаться. Один из примеров таких нарушений — так называемая «утомляе­мость почв». Внешнее проявление поч­венного утомления выражается в резком снижении урожайности сельскохозяй­ственных культур, что наблюдается при бессменном возделывании (или частом возвращении на прежнее поле севообо­рота) растений одного и того же рода. Наиболее часто это отмечается при по­вторных посевах льна, подсолнечника, сахарной свеклы, хлопчатника и неко­торых других культур.

Основные причины почвоутомле­ния — накопление в почве токсичных веществ, выделяемых корнями расте­ний и микроорганизмами, разложение специфических вредителей, возбудите­лей болезней и сорняков. Установлено, что корневая система овса выделяет скополетин (вещество, близкое к кума­рину), обладающий ингибирующим действием. В продуктах выделения кор­невой системы льна имеется ряд арома­тических соединений (агликон, феруловая, n-кумариновая и n-гидробензойная кислоты), которые обладают опреде­ленной токсичностью. В корнях люцер­ны аккумулируются алкалоиды, кото­рые диффундируют в почву.

Из-за возможности продуцирования микотоксинов при почвоутомлении и сложившихся экологических условий, способствующих проявлению этого процесса, становится реальной опас­ность заражения почв, что представляет серьезную угрозу.