Введение
Почвы - важнейший компонент биосферы, оказывающий наряду с мировым океаном решающее влияние на всю глобальную экосистему в целом. Почва является граничным слоем между атмосферой и биосферной частью литосферы. В нем наблюдается не просто смешение живого и неживого компонентов природы, но их взаимодействие в рамках почвенной экосистемы. Главное назначение этой экосистемы - обеспечение круговорота веществ в биосфере.
Пользу почвы в природе переоценить сложно. Это незаменимый элемент земной поверхности, благодаря которому существование растительных и животных организмов (а также микроорганизмов) становится возможным.
Состав и строение почвы
В состав почвы входят четыре важнейших компонента: минеральная основа (50-60% от общего объёма); органическое вещество (до 10%); воздух (15-25%); вода (25-35%).
Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных валунов и заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) и коллоидными частицами (< 1 мкм). Обычно частицы, составляющие почву, делят на глину (мельче 0,002 мм в диаметре), ил (0,002-0,02 мм), песок (0,02-2,0 мм) и гравий (больше 2 мм). Механическая структура почвы имеет очень важное значение для сельского хозяйства, определяет усилия, требуемые для обработки почвы, необходимое количество поливов и т.п. Хорошие почвы содержат примерно одинаковое количество песка и глины; они называются суглинками. Преобладание песка делает почву более рассыпчатой и лёгкой для обработки; с другой стороны, в ней хуже удерживается вода и питательные вещества. Глинистые почвы плохо дренируются, являются сырыми и клейкими, но зато содержат много питательных веществ и не выщелачиваются. Каменистость почвы (наличие крупных частиц) влияет на износ сельскохозяйственных орудий.
|
|
почва биосфера органический
По химическому составу минеральной компоненты почва состоит из песка и алеврита (формы кварца (кремнезёма) SiO 2 с добавками силикатов (Al 4 (SiO 4) 3, Fe 4 (SiO 4) 3, Fe 2 SiO 4) и глинистых минералов (кристаллические соединения силикатов и гидроксида алюминия)).
Органические вещества в почве образуются из остатков растений и животных. Важную роль в процессе разложения играют сапрофиты. В результате образуется аморфная масса - гумус - тёмно-коричневого или чёрного цвета. Химический состав гумуса - фенольные соединения, карбоновые кислоты, эфиры жирных кислот. В почве частицы гумуса прилипают к глине, образуя единый комплекс. Гумус улучшает свойства почвы, повышая ее способность удерживать влагу и растворённые минеральные вещества. В болотистых почвах образование гумуса идёт очень медленно. Органические остатки спрессовываются здесь в торф.
Некоторые химические элементы (азот, фосфор, сера) в процессе разложения переходят из органических соединений в неорганические. Происходит так называемый процесс минерализации вещества.
Воздух и вода удерживаются в почве в промежутках между её частицами. Часть воды просачивается сквозь почву, образуя грунтовые воды; остальная вода остаётся в почве благодаря силам поверхностного натяжения либо адсорбируется на поверхностях кристаллов кварца или глины.
Почва образуется из горной породы в результате выветривания и деятельности живых организмов. Суточные температурные колебания приводят к расширению и сжатию горных пород. Неравномерное расширение ведёт к их постепенному разрушению. Вода, просачиваясь в трещины, при замерзании создаёт огромное давление, что также способствует разрушению породы. Перемещаемые водой и ветром частицы вызывают эрозию. Наконец, выветривание вызывается вымыванием из горной породы различных химических веществ водой. Важным фактором, определяющим образование почвы, является рельеф местности.
|
|
Классификация почв
Единой общепринятой классификации почв не существует. Наряду с международной (Классификация почв ФАО и сменившая её в 1998 году WRB) во многих странах мира действуют национальные системы классификации почв, часто основанные на принципиально разных подходах.
В России к 2004 году специальной комиссией Почвенного Института им В.В. Докучаева, руководимой Л.Л. Шишовым, подготовлена новая классификация почв, являющаяся развитием классификации 1997 года. Однако российским почвоведами продолжает активно использоваться и классификация почв СССР 1977 года.
На территории Российской Федерации встречаются следующие типы почв: Подзолистые почвы, тундровые глеевые почвы, арктические почвы, мерзлотно-таежные, серые и бурые лесные почвы и каштановые почвы.
Тундровые глеевые почвы находятся на равнинах. Образуются без особого влияния на них растительности. Эти почвы находятся в областях, где есть многолетняя мерзлота (в Северном полушарии). Зачастую глеевые почвы - это места, где обитают и кормятся летом и зимой олени. Примером тундровых почв в России может служить Чукотка, а в мире - это Аляска в США. На территории с такими почвами люди занимаются земледелием. На такой земле растет картофель, овощи и различные травы. Для улучшения плодородия тундровых глеевых почв в сельском хозяйстве применяются следующие виды работ: осушение наиболее насыщенных влагой земель и орошение засушливых районов. Также к методам улучшения плодородия этих почв относят внесение в них органических и минеральных удобрений.
|
|
Арктические почвы получаются в результате оттаивания вечной мерзлоты. Такая почва довольно тонкая. Максимальный слой гумуса (плодородного слоя) составляет 1-2 см. У этого типа почв низкая кислая среда. Почва эта не восстанавливается из-за сурового климата. Эти почвы распространены на территории России только в Арктике (на ряде островов Северного Ледовитого океана). В силу сурового климата и маленького слоя гумуса, на таких почвах ничего не растет.
Подзолистые почвы распространены в лесах. В почве всего 1-4% гумуса. Подзолистые почвы получаются благодаря процессу подзолообразования. Происходит реакция с кислотой. Именно поэтому этот тип почвы еще называется кислый. Подзолистые почвы первым описал Докучаев. В России подзолистые почвы распространены в Сибири и на Дальнем Востоке. В мире подзолистые почвы есть в Азии, Африке, Европе, США и Канаде. Такие почвы в земледелии необходимо правильно обрабатывать. Их надо удобрять, вносить в них органические и минеральные удобрения. Такие почвы скорее более полезны на лесозаготовках, чем в сельском хозяйстве. Ведь деревья на них растут лучше, нежели сельскохозяйственные культуры. Дерново-подзолистые почвы - это подтип подзолистых почв. По составу во многом они схожи с подзолистыми почвами. Характерной особенностью этих почв является то, что они могут медленнее вымываться водой в отличие от подзолистых. Дерново-подзолистые почвы находятся в основном в тайге (территория Сибири). В этой почве содержится до 10% плодородного слоя на поверхности, а на глубине слой резко снижается до 0,5%.
Мерзлотно-таежные почвы образовывались в лесах, в условиях вечной мерзлоты. Они находятся только в условиях континентального климата. Самые большие глубины этих почв не превышают 1 метра. Это вызвано близостью от поверхности вечной мерзлоты. Содержание гумуса всего 3-10%. Как подвид, существуют горные мерзлотно-таежные почвы. Они образуются в тайге на горных породах, которые покрываются льдом только зимой. Эти почвы есть в Восточной Сибири. Встречаются они на Дальнем Востоке. Чаще горные мерзлотно-таежные почвы встречаются рядом с небольшими водоемами. За пределами России такие почвы есть в Канаде и на Аляске.
Серые лесные почвы образуются на территории лесов. Непременным условием для формирования таких почв является наличие континентального климата. Лиственных лесов и травяной растительности. Места образования содержат необходимый для такой почвы элемент - кальций. Благодаря этому элементу вода не проникает в глубь почв и не размывает их. Эти почвы серого цвета. Содержание гумуса в серых лесных почвах составляет 2-8 процентов, то есть плодородность почв средняя. Серые лесные почвы разделяются на серые, светло-серые, а также темно-серые. Эти почвы преобладают в России на территории от Забайкалья до Карпатских гор. На почвах выращивают плодовые и зерновые культуры.
Бурые лесные почвы распространены в лесах: смешанных, хвойных и широколистных. Эти почвы есть только в условиях умеренного теплого климата. Цвет почвы бурый. Обычно бурые почвы выглядят так: на поверхности земли слой опавшей листвы, около 5 см высотой. Далее идет плодородный слой, который составляет 20, а иногда 30 см. Еще ниже следует слой глины в 15-40 см. Бурых почв бывает несколько подтипов. Подтипы варьируются в зависимости от температур. Выделяют: типичные, оподзоленные, глеевые (поверхностноглеевые и псевдоподзолистые). На территории Российской Федерации почвы распространены на Дальнем Востоке и у предгорий Кавказа. На этих почвах выращивают неприхотливые культуры, например, чай, виноград и табак. Хорошо на таких почвах растет лес.
Каштановые почвы распространены в степях и полупустынях. Плодородный слой таких почв составляет 1,5-4,5%. Что говорит средней плодородности почвы. Эта почва имеет каштановый, светло-каштановый и темно-каштановый цвет. Соответственно существует три подтипа каштановой почвы, различающихся по цвету. На светло-каштановых почвах земледелие возможно только при обильном поливе водой. Основное предназначение этой земли - это пастбища. На темно-каштановых почвах хорошо растут и без полива следующие культуры: пшеница, ячмень, овес, подсолнечник, просо. Есть небольшие различия почвы и в химическом составе каштановой почвы. Разделение ее на глинистую, песчаную, супесчаную, легкосуглинистую, среднесуглинистую и тяжелосуглинистую. В каждой из них незначительно отличающийся химический состав. Химический состав каштановой почвы разнообразен. В почве есть магний, кальций, растворимые в воде соли. Каштановая почва имеет свойство быстро восстанавливаться. Ее толщина поддерживается ежегодно опадающей травой и листьями редких в степи деревьев. На ней можно получать неплохие урожаи, при условии, если есть много влаги. Ведь степи обычно засушливы. Каштановые почвы в России распространены на территории Кавказа, на Поволжье и в Средней Сибири.
Фазы почв
Почва - сложное гетерогенное тело природы. В ее составе выделяют следующие фазы (части): 1 - твердую, 2 - жидкую, 3 - газовую, 4 - живую. Соотношения их неодинаковые в различных почвах и в различных почвенных горизонтах одной и той же почвы. Считается, что наиболее благоприятные соотношения между твердыми, жидкими и газообразными веществами пахотного горизонта почвы должны быть примерно такими: 50:35:15% от объема почвы. Почвенные фазы находятся между собой в тесном взаимодействии.
Твердая фаза - скелет почвы, прочная основа, состоящая из минеральной (95-99%) и органической частей. Минеральная часть сформировалась из материнских геологических пород и содержит остаточные (обломки и частицы исходных пород и минералов) и вторичные (вновь образованные) минералы, а также оксиды, соли, элементы и соединения, образовавшиеся в процессе выветривания и почвообразования.
Твердая фаза почвы полидисперсна, состоит из частиц и агрегатов различных формы и величины: от крупных глыб, обломков породы, комков и песчинок до коллоидных частиц. Основные характеристики твердой фазы, почвы: минералогический, химический, гранулометрический (механический) и агрегатный составы, структура, плотность, пористость (скважность), связность.
Жидкая фаза почвы представляет собой почвенный раствор, который формируется из воды, поступающей в почву с атмосферными осадками, из грунтовых вод, при конденсации водяных паров. Объем и химический состав почвенного раствора динамичны и зависят от количества поступающей воды, водно-физических свойств и химического состава почвы.
Почвенный раствор, или почвенная вода, занимает имеющиеся в твердой фазе почвы пустоты (поры, капилляры), адсорбируется коллоидными частицами, образуя различные по доступности растениям и связности в почве формы влаги (гравитационная, капиллярная, пленочная, гигроскопическая вода и т.д.). Замерзая или испаряясь, почвенная вода переходит соответственно в твердую или газовую фазу.
Жидкая фаза почвы играет важную роль в почвенном плодородии (питание растений) и в процессах почвообразования и формирования почвенного профиля, осуществляя перенос различных частиц и соединений в виде суспензий, взвесей, коллоидных и истинных растворов.
Основные характеристики жидкой фазы: концентрация, состав и реакция почвенного раствора, буферность, осмотическое давление.
Газовая фаза почвы представлена почвенным воздухом, который заполняет свободные от воды пустоты (поры) в почве. Источником почвенного воздуха являются воздух атмосферы и образующиеся в почве газы. Состав почвенного воздуха отличается от атмосферного и весьма динамичен. Вода и воздух в почве находятся в динамическом равновесии на основе антагонизма: чем больше воды, тем меньше воздуха, и наоборот. Основные характеристики газовой фазы: объем, состав и газообмен с атмосферой.
Живая фаза почвы представлена живыми организмами, населяющими почву и участвующими в почвообразовательном процессе. Это в первую очередь различные микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, водоросли), а также простейшие, насекомые, черви и др. Основные характеристики живой фазы: общая биологическая активность почвы, микробиологическая и ферментативная активность, общая численность микроорганизмов, дождевых червей и других живых организмов в почве.
Органическая часть - это неразложившиеся и полуразложившиеся остатки живых, главным образом растительных и животных организмов, продукты их разложения и синтеза, гумус.
Твердая, жидкая, газовая и живая фазы находятся в тесном взаимодействии, составляя единую биокосную систему - почву.
Значение почвы для биосферы
Биосфера - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «плёнка жизни»; глобальная экосистема Земли.
Почва - особое естественно-историческое природное тело, возникшее на поверхности суши земного шара в результате совокупного воздействия факторов почвообразования: климата, горных пород, растений, животных, микроорганизмов и времени.
Исходя из этого определения, можно охарактеризовать основные функции почвы. В первую очередь это функция почвы в качестве основной среды обитания организмов земной суши, обеспечивающая аккумуляцию в ней биофильных веществ и атмосферной влаги. Ведь с почвой связно 99% всей биомассы Земли и более 92% известных генетически разных видов живых существ. Из этой функции почвы проистекает много важных выводов.
Почва - связующее звено биологического и геологического круговорота веществ. Почва - это экран, через который происходит обмен веществом и энергией между земной корой, атмосферой и гидросферой суши. Через почву осуществляются циклические процессы круговорота воды на земной суши, процессы трансформации органических и минеральных веществ, поступающих в почву и вновь вовлекаемых в жизненные циклы.
Важнейшим свойством почвы является плодородие - способность обеспечивать растения в период их жизнедеятельности водой, питательными веществами и воздухом. Способствуют этому живые организмы (растения, животные и микробы), связанные с почвой и составляющие вместе с ней сложные экологические системы - биогеоценозы.
В свою очередь педосфера состоит из множества биогеоценозов (экосистем) - ландшафтов, основными взаимосвязанными компонентами которых являются горные породы, растения, животные и микроорганизмы.
Обитатели почвы в результате своей жизнедеятельности производят большую почвообразовательную работу. В частности, они смешивают различные ее слои между собой, переносят в глубину почвы органические вещества, разлагают и минерализуют листовой опад, отмершие организмы и т.д. почвенная фауна перерабатывает около 25% вещества лесного опада. В саду на 1 м2 находится в среднем 400 дождевых червей общей массой около 80 г., способных отложить за сезон на поверхности почвы до 1 см органических остатков и грунта.
Среди бактерий особо важную роль выполняют нитрифицирующие, к которым относятся нитросомонас, нитробактер и др. в аэробной (кислородосодержащей) среде они окисляют аммиак до солей азотистой (нитриты) и азотной (нитраты) кислот. Напротив, в анаэробных условиях протекает обратный процесс - денитрификация, который связан с восстановлением солей азотной кислоты.
В верхних слоях почвы обитает основное количество организмов, каждый из которых выполняет определенную функцию: дождевые черви, личинки насекомых, клещи разрыхляют почву, способствуют ее аэроции, удобряют ее своими выделениями; бактерии минерализуют органические вещества, выполняя роль санитаров; простейшие уничтожают избыточное количество бактерий.
По целому ряду экологических особенностей почва является средой, промежуточной между водной и наземновоздушной. С водной средой почву сближают ее температурный режим, пониженное содержание кислорода в почвенном воздухе, насыщенность последнего водяными парами и наличие воды в других формах, присутствие солей и органических веществ в почвенных растворах, а также возможность для обитателей почвы передвигаться в трех измерениях. С воздушной средой почву объединяют прежде всего наличие почвенного воздуха, а также довольно резкие изменения температурного режима поверхностных слоев и угроза иссушения в верхних горизонтах.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что, несмотря на существенную неоднородность экологических условий в почве, она является достаточно стабильной средой, по крайне мере для относительно подвижных организмов. Последние путем незначительных перемещений способны обеспечивать себе приемлемую экологическую обстановку.
Вся совокупность физических и химических свойств почвы, способных оказывать экологическое воздействие на живые организмы, относится к эдафическим факторам. Они имеют важное значение для тех организмов, жизнь которых тесно связана с почвой. Это относится в первую очередь к животным - постоянным или временным обитателям почвенного покрова. Для растений важность почвы определяется тем, что она является опорой для большинства наземных и водных видов, растительные организмы получают необходимые для жизни минеральные вещества и воду.
Почвенный покров Земли не только питает растения, но и выполняет ряд функций, которые связаны с естественным биогеохимическим круговоротом веществ: минерализация остатков организмов, органических веществ; аккумуляция и распределение энергии, прошедшей через фотосинтез растений; формирование стока речной воды и химического состава суши. Экологическое значение почвы состоит и в том, что она является связующим звеном, своего рода посредником между живой и неживой природой, атмосферным воздухом, водой и недрами. Для человека почва - средство производства, предмет и орудие труда. Возделываемая (пахотная) почва также в определенной степени продукт труда. В сельском хозяйстве почва выступает в качестве основного (главного) средства производства.
Особо следует отметить уникальную особенность почв - способность к самоочищению, т.е. процесс естественного разрушения загрязнителя в почве в результате природных физических, химических и биологических процессов. При этом загрязнитель разлагается до форм, усваиваемых живыми организмами и вовлекаемых далее в биотический круговорот веществ. Оно основано на поглощении и разложении загрязнителей главным образом микроорганизмами и зависит от их количества и физиологических активности. Длительность процесса самоочищения резко меняется в зависимости от географического места, например, на севере оно идет медленно. Способность почвы к самоочищению имеет огромное значение для проживающих в ней организмов и связанных с ними других компонентов биосферы.
Таким образом, почва - гигантская экологическая система, оказывающая наряду с мировым океаном, решающее влияние на всю биосферу. Она активно участвует в круговороте веществ. И переносе энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы Земли и выполняет другие функции планетарного масштаба.
Список использованной литературы
1. Википедия ru.wikipedia.org/wiki/Почва
2. https://soullife.info/voprosy-po-distsipline-obshchaya-ekologiya/447-rol-pochvy-v-biosfernyh-processah.html
. https://rospriroda.ru/? p=27
. https://ecology-of.ru/priroda/pochva-i-ee-znachenie
. https://studopedia.ru/1_105304_fazoviy-sostav-pochvi.html
. Ивлёв А.М. Эволюция почв. Владивосток, 2005
. Почвы СССР. Под ред. Г.В. Добровольского. М.: Мысль, 1979, с. 129
8. Архив журнала «Почвоведение» основанного в 1899 г.