Если классифицировать все природные физические тела Земли на живые (живущие организмы) и косные (горные породы и минералы, магма), то почва среди них занимает особое промежуточное положение, являясь, по выражению академика В. И. Вернадского (1863—1945), биокосным телом природы.
Особое положение почвы определяется тем, что, во-первых, в ее составе участвуют как минеральные, так и органические вещества и, что особенно важно, большая группа специфических органических и органоминеральных соединений — почвенный гумус. Кроме того, неотъемлемую часть почвы — ее живую фазу — составляют живые организмы: корневые системы растений, почвообитающие животные разного размера вплоть до одноклеточных Protozoa, огромное разнообразие микроорганизмов. Именно поэтому почва является многофазной системой, включая твердую, жидкую, газообразную и живую фазы в отличие от других природных тел. Даже аналитически невозможно отделить почвенные микроорганизмы от почвенного гумуса, что выражается в их суммарном определении общего содержания органического вещества в почве.
Всякая природная почва состоит из последовательно сменяющих друг друга вниз от поверхности слоев генетических горизонтов, образовавшихся в результате изменения исходной горной породы в процессе почвообразования. Вертикальная последовательность горизонтов образует почвенный профиль.
Роль почвы в развитии биосферы:
1)буферная – обеспечивает устойчивость существования биоценозов
2)фильтрационная – участвует в регуляции состава природных вод
3)аккумулятор энергии – биогенное накопление веществ (гумусообразующих, химичеких элементов)
4)источник информации о геохимических процессах в прошлом и настоящем
5)протектор – связывает часть загрязняющих веществ в недоступное для живых организмов состояние
Глобальные функции почвы:
Формирование почвенного покрова Земли связано со значительными изменениями земли поверхностных слоев гидросферы и атмосферы, по-этому следует выделять глобальные функции:
1) преобразовательная - появление органических кислот, взаимодействие которых с материковыми породами литосферы ведет к разрушению данных пород.
Эта функция распространяется и на атмосферу, т.е. разные почвы отражают солнечные лучи по- разному, в частности: бурые суглинистые – 20%, черноземы – 7%, солончаки – 35% энергии солнца.
Солнечная энергия на земле вызывает 2 круговорота веществ:
- большой (проявляется в круговороте воды)
- малый (циркуляция веществ между почвами, растениями, животными, микроорганизмами, развивается на основе большого)
2) биологическая – поступление воды и почвы в живые организмы, превращения поступивших элементов в новые сложные соединения и возвращение их обратно в процессе жизнедеятельности с ежегодным опадом части органического вещества или полностью с отмершими организмами, входящими в состав экосистемы. Почва – связующее звено.
Поставляющая функция педосферы: преобразование материнских пород и формирование осадочных пород в морях и океанах. От почвы зависит какая часть атмосферных осадков поступит в реки.
Поступление твердых веществ в атмосферу связано с ветровой эрозией. Попадающие в атмосферу почвенные частицы поглощают солнечную радиацию, ухудшая качество воздуха. Источником большей части бактерий, присутствующих в атмосфере, служит почва. Восходящие потоки воздуха могут поднимать микроорганизмы до озонового пояса и переносить частицы на тысячи км. В приземных слоях воздуха отмечено около 1200 видов бактерий, 40 тыс. видов спор, 100 тыс. видов пыльцы цветковых растений.
Рассчитывают эффективность преобразования энергии – КПД-отношение затраченной и аккумулируемой энергии. Наибольшая эффективность преобразования энергии наблюдается в зоне влажных тропиков и субтропиков.Основной источник вещества и энергии для организмов – гумус. Его количество в педосфере оценивается в 2,5 млрд т.
Освоение почвенного покрова человеком и усиление эрозии.За последнее столетие потери составили 400 млрд т, это 30 тыс. т. с квадратного км поверхности земли, включая океаны и полюса
3)Передающая функция почв – состоит в том, что почва, являясь границей между атмосферой и литосферой, участвует в передаче вещества и энергии между ними. В процессе почвообразования происходит поглощение газов, перевод их в нерастворенные соединения и формирование осадочных пород.Почвенный покров, связывая газы, ограничивает уход в космос кислорода, водорода, азота.
4)Защитная функция педосферы.
До 25 млрд т. почвенного слоя, в том числе из-за деятельности человека около 10 млрд.т переносится ветром и водой в океан. Почва и растительный покров закрепляют этот процесс. Частицы почвы в состоянии связывать многие вредные соединения при их миграции в водоемы. Сорбционная способность почв огромна. Однако интенсивные выбросы промышленных предприятий приводят к отравлению почв и формированию огромных территорий промышленного загрязнения.Целостный почвенный покров в физическом и химическом планах выступает как защитный барьер и условие нормального функционирования всех оболочек Земли.
5)Регулирующая функция педосферы
Определяется как и предыдущие особым ее положением, как граница между атмосферой и литосферой. В структуре глобального круговорота веществ занимают особое место процессы локального испарения с поверхности почвы. На европейской части России осадки выпадают за счет местного испарения, и составляют около 12%. Почва способствует росту количества аккумулируемого водяного пара, поступающего в атмосферу и выполняет процесс обеспечения влагой конкретных территорий.Прямое участие почвы в регуляции газового состава атмосферы связано с деятельностью почвенных микроорганизмов. Потребление кислорода 1 га почвы достигает 4 000 л/час. Примерно столько же выделяется углекислого газа.Влажность почвы значительно влияет на газообмен.
Глобальные функции почвы многогранны, их несколько. Первая и главная из них — это обеспечение существования жизни на Земле. Именно из почвы растения, а через них и животные, и человек получают элементы минерального питания и воду для создания своей биомассы. В почве аккумулируются необходимые организмам биофильные элементы в доступных для них формах химических соединений. В почве укореняются наземные растения, в ней обитает огромная масса почвообитающихживотных, она плотно населена микроорганизмами. Без почвы существование природных ассоциаций живых организмов на Земле невозможно. Важно при этом подчеркнуть диалектическое единство биосферных процессов: почва — это следствие жизни и одновременно условие ее существования.
Вторая важнейшая глобальная функция почвы — это обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговоротов (циклов) веществ на земной поверхности.
Попадая на поверхность земли (при формировании земной коры, вулканизме, излияниях в разломах), первичные горные породы подвергаются выветриванию. В верхней части коры выветривания формируется почва, аккумулирующая элементы питания живых организмов. Эти элементы захватываются из почвы растениями и через ряд промежуточных трофических циклов (растения — животные — микроорганизмы) возвращаются назад в почву, что и составляет малый биологический круговорот веществ. Из почвы элементы частично выносятся атмосферными осадками в гидрографическую сеть, в зоны аккумуляции и в конечном итоге в Мировой океан, где дают начало образованию осадочных горных пород, которые в геологической истории Земли могут либо выйти опять на поверхность, либо вначале подвергнуться глубинному метаморфизму. Это большой геологический круговорот веществ. Почва является связующим звеном и регулятором взаимодействия двух этих циклов вещества на земной поверхности.
Третья глобальная функция почвы — регулирование химического состава атмосферы и гидросферы. Почвенное «дыхание» вместе с фотосинтезом и дыханием живых организмов играет определяющую роль в создании и поддержании состава приземного слоя атмосферного воздуха, а через него и атмосферы в целом. В геологической истории Земли, вероятно, почва сыграла немаловажную роль в создании современной атмосферы.
Четвертая глобальная функция почвы — регулирование биосферных процессов, в частности плотности жизни на Земле, путем динамичного воспроизводства почвенного плодородия, в чем опять-таки рельефно проявляется диалектика природы, поскольку почва имеет свойства, обеспечивающие жизнь растений, и лимитирующие ее факторы. Распределение живых организмов на суше Земли и их плотность в значительной степени определяются географической неоднородностью почвы и ее плодородием наряду с климатическими факторами.
Наконец, пятая глобальная функция почвы — это аккумуляция активного органического вещества и связанной с ним химической энергии на земной поверхности.
Почва — это многофазное природное тело, вещество которого представлено следующими физическими фазами: твердая, жидкая, газовая и живое вещество населяющих почву организмов (рис. 4).
Твердая фаза почвы — это ее основа, матрица, формирующаяся в процессе почвообразования из материнской горной породы и в значительной степени унаследующая состав и свойства последней. Это полидисперсная и поликомпонентная органоминеральная система, образующая твердый каркас почвенного тела. Она состоит из остаточных минералов или обломков горной породы и вторичных продуктов почвообразования — растительных остатков, продуктов их частичного разложения, гумуса, вторичных глинистых минералов, простых солей и оксидов элементов, освобожденных при выветривании породы на месте или принесенных со стороны агентами геохимической миграции, различных почвенных новообразований.
Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим (механическим), минералогическим и химическим составом, с одной стороны, и сложением, структурой и порозностью — с другой.
Жидкая фаза почвы — это вода в почве, почвенный раствор, исключительно динамичная по объему и составу часть почвы, заполняющая ее поровое пространство. Содержание и свойства почвенного раствора зависят от водно-физических свойств почвы и от ее состояния в данный момент в соответствии с условиями грунтового и атмосферного увлажнения при данном состоянии погоды В районах с низкими зимними температурами в холодный сезон жидкая фаза почвы переходит в твердое состояние (замерзает), превращаясь в лед, при повышении температуры часть почвенной воды может испариться, перейдя в газовую фазу почвы Жидкая фаза — это «кровь» почвенного тела, служащая основным фактором дифференциации почвенного профиля, так как главным образом путем вертикального и латерального передвижения воды в почве происходит в ней перемещение тех или иных веществ в виде суспензий или растворов, истинных либо коллоидных
Газовая фаза почвы — это воздух, заполняющий в почве поры, свободные от воды, состав которого существенно отличается от атмосферного и очень динамичен во времени В сухой почве воздуха больше, во влажной — меньше, поскольку вода и воздух в почве являются антагонистами, взаимно замещая друг друга в общем объеме почвенной порознос-ти в зависимости от состояния почвы в тот или иной момент.
Живая фаза почвы — это населяющие ее организмы, непосредственно участвующие в процессе почвообразования К ним относятся многочисленные микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли), представители почвенной микро- и мезофауны (простейшие, насекомые, черви и пр.) и,наконец, корневые системы растений. Природная почва существует и функционирует в единстве своих фаз как единое физическое тело.