Экология почв

1. История развития экологии почв

До недавнего времени понятие экология почв в качестве самостоятельного научного раздела со своим объектом, предметом, методами, понятийным аппаратом, теоретическими положениями, законами, т. е. всеми атрибутами самостоятельной науки, не имело какого-либо распространения. Все проблемы и вопросы, относящиеся к экологии почв, были размыты в рамках разделов почвоведения - генезиса почв и географии почв. Более того, до сих пор некоторые ученые считают некорректным словосочетание экология почв, поскольку экология в классическом первоначальном смысле - это наука о взаимоотношениях организма со средой их обитания, и почва, по их мнению, выступает именно в роли последней.

Экология почв как самостоятельная теоретическая наука в настоящее время находится в стадии становления, хотя истоки ее можно отнести к концу XIX - началу XX века.

Уже в работах В. В. Докучаева прослеживается постановка тех проблем и вопросов, которые имеют непосредственное отношение к экологии почв.

Прежде всего, введенное В. В. Докучаевым понятие естественноисторического тела, каковым является почва, стало основным, базисным понятием широкого класса естественноисторических (биосферных) наук. "Являясь элементарным (далее неразложимым без потери качества), оно стало исходным моментом, всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее систем, тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук".

В. В. Докучаев также в разное время подчеркивал, что необходимо овладевать почвой и управлять ею с целью чисто практической; что для этого надо, прежде всего, решить вопрос о закономерных соотношениях между характером и распределением почв и факторами-почвообразователями, причем следует иметь в виду всю единую, цельную и нераздельную природу, а не отрывочные ее части; что необходимо изучать соотношения, генетическую вековечную и закономерную связь, которая существует между мертвой и живой природой, между растениями, животными и минеральными царствами, а также человеком, причем ядром учения об этих соотношениях - между живой и мертвой природой, между человеком и остальным миром, как органическим, так и минеральным, должно быть почвоведение. Л. И. Прасолов был первым, кто ввел термин экология почв (используя его как синоним термина педоэкология) и предложил выделить экологию почв в самостоятельный раздел почвоведения наряду с генезисом и географией почв. Он рассматривал ее как учение об отношении почв к окружающим их условиям. Основным вопросом этого учения, считал он, должно быть выяснение причинной зависимости свойств почв. Предложенное Л. И. Прасоловым понятие экология почв и обоснование необходимости выделения экологии почв в самостоятельный раздел почвоведения не имели сначала отклика у почвоведов и ученых сопредельных наук, хотя отдельные вопросы, относящиеся к экологии почв, как ее понимал Л. И. Прасолов, рассматривались. В первой половине 60-х годов появилась первая, специально посвященная этой проблеме монография В. Р. Волобуева "Экология почв" [1963], за которой затем последовали другие, развивающие разные аспекты экологии почв: "Система почв мира" [1973] и "Введение в энергетику почвообразования".

В этих работах, как и в первой своей монографии "Почвы и климат", В. Р. Волобуев обосновывал самостоятельность экологии почв как учения о закономерных соотношениях между почвой и средой ее формирования или "как отрасли почвоведения, специально посвященной выявлению и характеристике закономерных соотношений между почвой и почвообразователями - горной породой, организмами, климатом и рельефом". Несомненно, предметом экологии почв являются и те соотношения между почвой и средой, которые возникают при разного рода воздействиях на почву производственной деятельности человека.

В. Р. Волобуев очень много сделал для развития этого направления в почвоведении. Им предложены и обоснованы основные положения и методы экологии почв, на основе которых выявлены и описаны закономерности в системе фактор почвообразования - почвы, в том числе наиболее детально - в системе климат - почвы. В. Р. Волобуевым разработана гидротермическая система связи почв с климатом, выделены термо- и гидроряды с определенными градациями тепла и увлажненности, дано термодинамическое обоснование соотношений почва - растение - климат, а также разработано новое направление в рамках учения об экологии почв - "Энергетика почвообразования". На основе своих разработок В. Р. Волобуевым была создана классификация почв мира.

Близки к идеям В. Р. Волобуева взгляды Э. Эвальда [1972], который считал, что экология почв должна рассматриваться как раздел, равноправный с учением о генезисе почв, основной задачей которого должна быть разработка моделей потоков вещества и энергии между современными почвами и их средой.

Однако даже вышедшие фундаментальные работы В. Р. Волобуева и большое количество работ других исследователей, освещавших разные аспекты взаимоотношений почвы с окружающей средой, не привели к признанию экологии почв в качестве самостоятельного раздела почвоведения.

И. А. Соколов [1993] рассматривает экологию почв, как раздел почвоведения, занимающийся изучением закономерностей, действующих в системе почва - факторы. Как и В. Р. Волобуев, И. А. Соколов сделал очень много для развития этого направления, рассматривая его как самостоятельный раздел теоретического генетического почвоведения. Он показал, что термин экология почв правомочен, раздел экология почв равноправен с такими разделами почвоведения, как генезис и география почв, а объект и предмет этой области знаний специфичен.

В отличие от учения о генезисе экология почв не занимается познанием механизмов формирования почвенных свойств. В отличие от географии почв она изучает распределение почв не в реальном географическом пространстве, а в абстрактном многомерном координатном пространстве, где в качестве координат может выступать любое сочетание факторов почвообразования или отдельных их характеристик.

Таким образом, с одной стороны, экологию почв рассматривают как раздел теоретического генетического почвоведения, равноправный с другими его разделами - генезисом почв и географией почв, составляющими теоретическую основу почвоведения, с другой, почва представляет собой природную экологическую систему, подчиняется общим законам функционирования природных систем любого иерархического уровня и, следовательно, экология почв должна быть разделом экологии.

2. Состав почвы

Основа почвы - почвенные минералы составляют 80-90% веса. Они, как правило, содержат почти всю таблицу Менделеева, но в форме не доступной растениям. Мельчайшие частицы или хлопья минералов образуют глинистые почвы, более крупные - суглинки, еще более крупные - супеси и пески. Самые мелкие частицы, образующие глинистые минералы, имеют форму хлопьев, поэтому их суммарная поверхность огромна, и они способны удерживать на своей поверхности ионы элементов, в доступной для питания растений форме. Некоторые почвенные микроорганизмы при достатке влаги и тепла способны растворять сами минеральные частицы, делая доступными для растений химические элементы, связанные в них. Глина - потенциально плодородная почва. Ее называют "практически неисчерпаемые глинистые минералы". Другая составляющая часть почвы - органическое вещество, причем наиболее ценная его часть - гумус - мельчайшие волокнистые (коллоидные) частицы органики, имеющие еще большую поверхность и еще лучше удерживающие ионы элементов, в доступной для питания растений форме. Гумус является хранилищем основных элементов питания. Мелкие глинистые и гумусные частицы образуют соединения глино-гумусного комплекса, удерживающего питательные вещества. Поэтому так важно добавлять в компостную кучу немного суглинка. Третья составляющая почвы - ее живой компонент - сообщество разных почвенных микроорганизмов - бактерий, грибов, инфузорий, амеб, водорослей, микроскопических червей и др. Их биомасса в верхнем 25 см слое почвы может достигать 1,0-1,5 кг/кв.метр почвы и более. Почвенным микроорганизмам принадлежит основная роль в формировании плодородия почвы. Большую часть микроорганизмов составляют бактерии.

3. Особенности легкой почвы

Легкие песчаные почвы легко промываются, растворимые питательные вещества вместе с водой уходят на большую глубину и утрачиваются для растений. Поэтому на таких почвах обычно не хватает калия, магния, микроэлементов. Но вносить удобрения в песчаные почвы следует не осенью, а весной (основная заправка) и летом (в виде подкормок), но во вдвое меньшей дозе, чем на глинистых почвах. Такие почвы быстро пересыхают, зато хорошо аэрированы. Органические удобрения на песчаных почвах быстро перепревают (минерализуются), поэтому их надо вносить больше и чаще.

Песчаные почвы менее пригодны для садоводства, чем суглинистые. Для улучшения связности песчаных почв кроме навоза вносят торф, компост. Если есть возможность, проводят глинование - поверхностное внесение глины, суглинка. При посадке садов в посадочных ямах плодовых деревьев очень эффективно делать 2-3 экрана из компостов глины с навозом слоем 2 4 см через каждые 20 см.

4. Тяжелая почва и застойные воды

Если в тяжелых глинистых почвах мало органики, они очень плохо пропускают воду. В них может накапливаться избыток углекислоты, и хотя углекислота растворяет некоторые минералы, избыток ее вредит растениям.

Если имеются плохо проницаемые слои почвы на глубине, то даже небольшие понижения на поверхности почвы могут вызвать застой воды в почве. То же самое происходит при наличии близкого уровня грунтовых вод. Застойные воды вытесняют воздух их почвы, в результате происходит закисание почвы, что выражается в появлении синих пятен с повышенным содержанием вредных для растений веществ. Полезные почвенные микроорганизмы угнетаются, развивается вредная анаэробная микрофлора. Но если сад расположен на склоне и вода медленно двигается по слоям почвы, то отрицательных последствий не возникает.

Обязательная перекопка под зиму, рыхление и систематическое внесение органики - навоза, торфа, компоста, а для кислых почв внесение извести улучшает проницаемость и структуру глинистых почв.

5. Структурность почвы

Богатая микроорганизмами почва склеивается минеральными и органическими коллоидными частицами в мелкие комочки, которые неплотно прилегают друг к другу, что позволяет воздуху проникать вглубь почвы, а воде не задерживаться на поверхности и смачивать почву. Богатая гумусом глина рассыпается на мелкие комочки. Ходы микроскопических и дождевых червей, полости отмерших корней растений также улучшают аэрацию и проницаемость почвы.

Внесение извести в тяжелую глинистую кислую почву тоже улучшает ее проницаемость и структуру.

6. Почвенные микроорганизмы

Одни почвенные микроорганизмы разлагают внесенную в почву органику, способствуют образованию гумуса, делают доступными для растений питательные вещества, другие связывают атмосферный азот, синтезируют органические соединения, следующие переводят эти соединения в формы доступные растениям. Почвенные микроорганизмы переводят фосфор в растворимое состояние, даже разлагают минералы, и в первую очередь практически неисчерпаемые глинистые минералы, доставляя растениям всю таблицу Менделеева. Некоторые растения неспособны нормально развиваться без определенной микрофлоры. В результате жизнедеятельности полезных почвенных микроорганизмов почва становится структурной, рассыпчатой.

Срок жизни бактерий и иных почвенных микроорганизмов может быть очень короток - от дней до нескольких часов. Если есть питание, тепло и влажно - они очень быстро размножаются, и очень быстро отмирают, если "корм" закончился. Но их биомасса и продукты жизнедеятельности составляют тот самый "питательный бульон" для растений, в который входят не только простые соединения для питания растений, но и аминокислоты, витамины, ауксины, антибиотики и многие другие питательные вещества, и стимуляторы роста растений.

Большинству полезных почвенных микроорганизмов наиболее благоприятна слабокислая и нейтральная реакция почвы pH 6,5-7,0 при наличии влаги, воздуха и тепла в диапазоне приблизительно 15-30°C. Для питания почвенных микроорганизмов необходима органика. Есть два пути поступления органики в почву - корневые выделения растений с послеуборочными остатками и внесение органики в почву извне, в виде компоста, навоза, сидеритов и т.п.

7. Корневые выделения

Растения не остаются в долгу перед микроорганизмами - живые растения кормят почвенные микроорганизмы своими корневыми выделениями, а не только отмирающими послеуборочными остатками, хотя корни тоже составляют около трети массы растения. В состав корневых выделений входят органические кислоты, сахара, аминокислоты и многое другое. Сильное растение обильно кормит почвенные микроорганизмы, при этом происходит массовое размножение ризосферной (корневой) полезной микрофлоры. Причем растения стимулируют развитие преимущественно такой микрофлоры, которая питает растения, вырабатывает стимуляторы роста растений, подавляет вредную растениям микрофлору.

8. Кислотность почвы

экология почва минерал микроорганизм закисление

Углекислый газ выделяется корнями живых растений при дыхании, а также при распаде органики. Вместе с водой он образует угольную кислоту, которая растворяет соединения кальция и магния, и с дождевыми водами они постепенно вымываются из верхнего слоя почвы в более глубокие слои и почва закисляется. Некоторые минеральные удобрения тоже могут подкислять почву (физиологическая кислотность).

Как правило, отклонения кислотности почвы от нейтральной или слабокислой связаны с нарушением (или приводят к нарушению) баланса питательных веществ доступных растению и угнетению полезной почвенной микрофлоры. Поэтому так важно следить за кислотностью почвы.

Для нейтрализации кислотности почвы рекомендуется вносить в почву древесную золу и доломитовую муку - это молотый доломитовый известняк - минерал богатый соединениями кальция и магния, раскисляющими почву и необходимыми для питания растениям. Большинство огородных растений и полезных почвенных микроорганизмов хорошо развиваются при кислотности почвы pH=6,5-7,0 - слабокислой или нейтральной реакции почвы).

Торф, торфянистая почва - это органические субстанции, которые законсервировались без доступа воздуха, поэтому не смогли пройти процесс разложения и являются относительно стабильным органическим материалом. Торф - превосходная мульча, хорошо защищает почву от солнечных лучей, помогает сохранить ее влажность. Даже на легких почвах торф помогает удерживать влагу, способствуя структурированию почвы, сохранению гумуса. Торф используют в качестве разрыхлителя при освоении тяжелых почв, улучшающего их структуру. Однако сам торф удобрением не является и удобрений заменить не может, так как он беден по составу, очень медленно разлагается и очень медленно интегрируется с почвой и к тому же он кислый.

Из-за своих свойств торф очень широко используется для приготовления почвенных смесей в комнатном и декоративном цветоводстве. В огородничестве торф используют при выращивании рассады для приготовления почвосмесей, изготовления торфяных горшочков и в качестве мульчи.

Используемая литература

1. Карпачевский Л. О. Экологическое почвоведение. М., 1998.

2. Кылли Р. К. Педоэкологический анализ фитопродуктивности, биогеохимических потоков веществ и гумусного состояния в естественных и культурных экосистемах: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. Новосибирск, 1988.

3. Ляпунов А. А., Титлянова А. А. Системный подход к изучению круговорота вещества и потока энергии в биогеоценозах // О некоторых вопросах кодирования и передачи информации в управляющих системах живой природы. Новосибирск, 1971.

4. Прасолов Л. И. Генезис, география и картография почв. М., 1978.

5. Реймерс Н. Ф., Яблоков А. В. Словарь терминов и понятий, связанных с охраной живой природы. М., 1982.

6. Соболев Ф. С. Почвообразовательный процесс и этапы развития растительности // Почвоведение. 1954. N 1.

7. Соколов И. А. Теоретические проблемы генетического почвоведения. Новосибирск, 1993.

8. Титов И. А. Взаимодействие растительных сообществ и условий среды. М., 1952.

9. Тюрюканов А. Н., Федоров В. М. Н. В. Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья. М., 1996.

10. Чирита С.В. Экопедология. Бухарест, 1966.