Почва (педосфера) – это биокосное образование биосферы, результат взаимодействия между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.
Роль почвы в биосфере заключается в следующем:
1) это источник информации о геохимических процессах в литосфере прошлого и настоящего;
2) почва является аккумулятором энергии, так как в ней происходят процессы гумусообразования и биогенной аккумуляции;
3) почва обеспечивает устойчивость функционирования биогеоценозов;
4) она является своеобразным протектором, связывая загрязнение и переводя загрязняющие вещества в недоступное и безопасное состояние;
5) почва – это фильтр, регулирующий состав природных вод.
В почве постоянно и одновременно протекают химические, физические и биологические процессы.
В экосистеме почвы сложным образом сочетаются следующие компоненты:
-минеральные частицы (песок, пыль, глина);
-детрит, т.е. мертвое органическое вещество растений и животных, включая отходы их жизнедеятельности, на разных стадиях разложения;
-множество живых организмов от редуцентов (грибов и бактерий) до более крупных детритофагов (дождевых червей, моллюсков и насекомых), формирующих сложную сеть, основанную на детрите.
Минеральный состав почв складывается в основном из кварца (SiO2) и алюмосиликатов – оксидов алюминия и кремния (SiO2 · Al2O3 · H2O) в различных соотношениях. В зависимости от размеров частиц различают песчаные, суглинистые и глинистые почвы. От механического состава почв зависит интенсивность переноса и накопления в почве органических и минеральных веществ.
Вода в почве представляет собой почвенный раствор, который содержит минеральные и органические соединения, участвует в процессах почвообразования, является источником минерального питания растений. Реакция почвенного раствора определяется значением рН, которое зависит от типа почвы. для песчаных оно составляет 5,5 – 6; для глинистой и суглинистой 6,5 – 7.
Органический компонент почв представлен гумусовыми веществами, образующимися в результате превращений детрита. Питаясь, почвенные организмы оставляют после себя некоторое количество неусвоенных отходов. Гумус – это остаток органического вещества после потребления детрита. Плодородие почв определяется содержанием в ней гумуса. Даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия, не дает почве возможности выполнять в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т.е. ухудшать свои свойства. В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем. Причина неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена их упрощенным фитоценозом, который не обеспечивает оптимальную саморегуляцию, постоянство структуры и продуктивности.
К основным факторам и режимам почв, определяющим почвенное плодородие, относят:
1) химический состав, который определяет питательный режим и реакцию среды;
2) физические свойства (пористость, влажность);
3) тепловые условия, характеризующиеся суммой температур выше 100С на глубине 0 – 20 см, длительностью вегетационного периода, глубиной промерзания почв;
4) биологические свойства, характеризующиеся уровнем активности микроорганизмов, участвующих в процессах гумификации.
Основные виды антропогенного воздействия на почвы следующие: 1) эрозия (ветровая и водная); 2) загрязнение; 3) вторичное засоление и заболачивание; 4) опустынивание; 5) отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.
Эрозия почв – разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). К эрозионным процессам относят также промышленную эрозию (разрушение сельскохозяйственных земель при строительстве и разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивном выпасе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др.
Ветровая эрозия представляет собой выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром. Под водной эрозией понимают разрушение почв под действием временных водных потоков.
Эрозия оказывает негативное влияние на состояние почвенного покрова и во многих случаях разрушает его полностью. Падают биологическая продуктивность растений, снижаются урожаи и качество зерновых и других культур.
Усиление природного засоления почв в процессе хозяйственной деятельности человека носит название вторичного засоления и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах. В этом случае уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.
Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах (Западно-Сибирская низменность, зона вечной мерзлоты). Заболачивание почв сопровождается деградационными процессами в биоценозах, накоплением на поверхности неразложившихся остатков. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов.
Опустынивание – это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который может привести к полному разрушению экосистемы и превращению территории в пустыню. На территории, подверженной опустыниванию, ухудшаются физические свойства почв, гибнет растительность, засоляются грунтовые воды, резко падает биологическая продуктивность.
Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного пользования: строительства промышленных объектов, городов; для прокладки дорог, трубопроводов, линий связи; при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Только при строительстве городов и дорог ежегодно безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель планеты.
Загрязнение почвы непосредственно связано с загрязнением воды и воздуха. Все те загрязнители, которые в них находятся, в конце концов попадают в почву. Главные источники загрязнения почвы – это промышленные предприятия, теплоэнергетика, сельское хозяйство и транспорт.
Существуют различные виды загрязнения почв:
– мусором, отходами и выбросами производства;
– засоление, которое происходит при бессистемном поливе растений, отсутствии дренажа с накоплением солей в орошаемых почвах;
–токсичными тяжелыми металлами, обладающими способностью к аккумуляции в живых организмах;
– радиоактивными веществами (90Sr, 137Cs, 144Ce, 129I, 131I и др.);
– пестицидами, которые используются для борьбы с вредителями сельского хозяйства;
– минеральными и органическими удобрениями;
– нефтью и нефтепродуктами.
Высокие концентрации в почве различных химических соединений – экотоксикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов. При этом теряется способность почвы к самоочищению от патогенных микроорганизмов, что чревато тяжелыми последствиями для человека, растительного и животного мира. Например, в сильно загрязненных почвах возбудители тифа могут сохраняться до полутора лет, а в незагрязненных – в течение двух – трех суток.
Химический анализ почв основан на извлечении из нее исследуемых соединений с помощью различных вытяжек (водных, солевых, кислотных или щелочных).
Водная вытяжка дает представление о содержании в почве водорастворимых органических и минеральных веществ, состоящих преимущественно из простых солей. Соли, растворимые в воде, могут быть вредны. По степени вредности их располагают в следующем порядке Na2CO3 > NaHCO3 > NaCl > CaCl2 > Na2SO4 > MgCl2 > MgSO4. Содержание Na2CO3 (даже 0,005 об. %) вызывает гибель растений в засоленной почве. В кислых заболоченных и торфяно-болотных почвах вредным для растений является избыточное содержание водорастворимых соединений железа (II), марганца, алюминия. Анализ водных вытяжек при выявлении причины засоления почв дополняют анализом грунтовых вод. В таблице 1 дана классификация почв по содержанию токсичных солей.
Практически все из выше перечисленных солей (NaCl, MgCl2, CaCl2, Na2SO4, Na2CO3 и т.д.) могут встречаться в почвах на обочинах дорог либо в связи с применением противогололедных средств (NaCl, KCl), либо вследствие оседания пыли от эксплуатации дорог и особенно мощного потока автотранспорта, где присутствуют не только продукты сгорания бензина, но и продукты амортизации самих машин и дорог.
Таблица 1
Классификация почв по их засолению.
Степень засоления | Тип засоления, мас. доли % | |||
Хлоридный | Сульфатно-хлоридный | Содово-хлоридный | Содово-сульфатный | |
Незасоленые | 0,03 | 0,05 | 0,1 | 0,15 |
Слабозасоленые | 0,10-0,30 | 0,05 – 0,12 | 0,10 – 0,15 | 0,15 – 0,20 |
Среднезасоленые | 0,10 – 0,30 | 0,12 – 0,35 | 0,15 – 0,30 | 0,25 – 0,35 |
Сильнозасоленые | 0,30 – 0,60 | 0,35 – 0,70 | 0,30 – 0,50 | 0,35 – 0,60 |
Очень сильно засоленые | 0,6 | 0,7 | 0,5 | 0,6 |