Вторая глобальная функция почвы – это обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговорота веществ на земной поверхности. Она является регулятором в качестве биомембраны и в качестве аккумулятора биофилов.

Третья глобальная функция почвы – это регулирование состава атмосферы и гидросферы, что осуществляется, благодаря высокой пористости почв, ее емкости поглощения, насыщенности живыми организмами, селективности.

Четвертая функция почвы – это регулирование биосферных процессов, в частности, плотности и продуктивности организмов на поверхности суши и в мелководьях, поскольку почва обладает не только плодородием, но и лимитирующими факторами.

Пятая функция почвы – накопление на земной поверхности специфического активного органического вещества – гумуса – и связанной с ним химической энергии.

Шестая глобальная функция почвы – это ее защитная роль по отношению к литосфере. Почва планеты – это не только геомембрана, но одновременно и «кожа» планеты», защищающая литосферу от слишком сильного воздействия экзогенных факторов и от разрушения.

Рэуце К. и др. (1986) отмечает две наиболее важные экологические функции почвы. Эти функции состоят в непрерывном процессе фотосинтеза, накоплении, преобразовании и перераспределении солнечной энергии; в поддержании глобального круговорота химических элементов, особенно важных для биофизических и биохимических процессов. По мнению авторов, накопление, превращение, разложение и минерализация органического вещества, накопление и перераспределение энергии живыми организмами, селективная сорбция химических элементов и их концентрирование в почве и в воде – основные функции для систем организма почвы.

Экологические значения свойств почв

Свойства почв определяют их сорбционную, миграционную и трансформирующую способность, протекторные функции. В первую очередь, это показатели рН, окислительно-восстановительного состояния, гранулометрический состав, сорбционная емкость по отношению к различным типам сорбции, фракционный состав соединений ионов в почве.

На территории России с севера на юг, в основном, распространены следующие зональные типы почв: тундровые, глеево-подзолистые, подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, черноземы, каштановые, бурые полупустынные. Кислотность указанных почв меняется от рН=3,5-4,5 в подзолистых почвах, до рН=6,0-7,0 – в черноземах и до рН=7,0-7,2 – в верхних горизонтах (рН=8,2 – в нижних горизонтах) светло-каштановых и бурых полупустынных почв. В соответствии с рН, с севера на юг закономерно изменяется содержание гумуса и емкость поглощения почв.

При кислой реакции среды и избытке воды протекает кислый гидролиз и диспергирование минеральной и органической части почвы. Это приводит к накоплению в почвах более низкомолекулярных фульвокислот, по сравнению с гуминовыми кислотами (Сгк:Сфк = 0,5), в связи с чем в таких почвах накапливается меньше гумуса – 1-2%, что соответствует и меньшей емкости поглощения почвами катионов – 5-10 мг-экв/100 г. Такие свойства характерны для подзолистых почв. В черноземах при нейтральной реакции среды в групповом составе гумуса преобладают гуминовые кислоты (Сгк:Сфк = 2-2,5). Это соответствует большему накоплению гумуса (4-12%) и большей емкости поглощения почвами катионов (50-70 мг-экв/100 г почв). В более южных почвах при слабощелочной реакции среды и солонцеватости почв протекает щелочной гидролиз органической и минеральной части почв. В групповом составе гумуса вновь преобладающее место занимают фульвокислоты (Сгк:Сфк = 0,5-0,7). В сочетании с повышенной минерализацией органического вещества, обусловленной высокими температурами и аэрацией, это приводит к незначительному накоплению гумуса в почвах (1-2%). Это соответствует и малой емкости поглощения почвами катионов (5-10 мг-экв/100 г почв).

Следует отметить, что емкость поглощения катионов для песка равна 5 мг-экв/100 г, для глины – 40 мг-экв/100 г, каолинита – 5, монтмориллонита и вермикулита – 80-100, для гуминовых кислот – 500, для фульвокислот – 800 мг-экв/100 г. Таким образом, чем более тяжелого гранулометрического состава почвы, тем больше в них гумуса и чем больше в минералогическом составе почв минералов группы слюд, монтмориллонита, вермикулита, тем больше емкость поглощения почвами катионов. В первом приближении, аналогичная зависимость и для поглощения почвами анионов, для физического типа сорбции при поглощении молекул. При повышении рН среды часть базоидов почв (положительно заряженных сорбционных мест) переходит в ацидоиды (отрицательно заряженные). Это приводит к увеличению емкости поглощения почвами катионов. В то же время повышение рН сопровождается образованием гидроокисей, карбонатов и двух-, трехзамещенных фосфатов поливалентных металлов, что соответствует увеличению химической поглотительной способности почв, за счет осадкообразования.

К интразональным почвам, развивающимся в любых зонах, относятся болотные, пойменные и засоленные. С экологической точки зрения, болотные почвы характеризуются большой емкостью поглощения (до 200 мг-экв на 100 г в торфяном горизонте), восстановительными условиями и, в ряде случаев, наличием сероводородного геохимического барьера. Для пойменных почв характерно ежегодное их заливание речной водой и, в связи с этим, как выщелачивание элементов, содержащихся в почвах, так и накопление в почвах токсикантов, находящихся в речных водах. Среди засоленных почв выделяются солончаки, солонцы, солоди.

С экологической точки зрения, солончаки характеризуются возможностью накопления токсикантов в верхнем горизонте, высокой концентрацией солей и связанной с этим деградацией почвенно-растительного покрова. Солонцы характеризуются щелочной реакцией среды, высокой подвижностью органического вещества, наличием элювиально-иллювиального распределения элементов по почвенному профилю, очень большой плотностью и малой водопроницаемостью, что приводит к деградации почв. Солоди развиваются, как правило, в мезо- и микропонижениях и отличаются, с экологической точки зрения, кислой реакцией среды верхнего горизонта, элювиально-иллювиальным распределением элементов по почвенному профилю, развитием восстановительных условий.

Свойства почв, в конечном итоге, определяют трансформацию и миграцию в почве токсикантов, устойчивость почв к факторам их деградации. Однако, экологические функции свойств почв зависят от их взаимовлиянии. Так, например, согласно разработкам Мотузовой Г.В. (1992), буферность почв обусловлена иерархической организацией системы, гетерогенностью, полифункциональностью ее соединений и разнообразием реакций, в которых они участвуют. По мнению автора, усложнение системы соединений химических элементов в почвах, которое ведет к расширению перечня системообразующих процессов, обеспечивает усиление ее буферных свойств. С этой точки зрения, к увеличению буферности почв ведет дифференциация почвенного профиля, образование в нем различных геохимических барьеров, образование комплексных органоминеральных и органо-глинистых соединений, усложнение фракционного состава соединений ионов в почве.

Если доминирующей реакцией при поглощении загрязняющего вещества является ионный обмен, то мерой относительной устойчивости почв к загрязнению этим веществом, может служить коэффициент селективности этого элемента. При большем коэффициенте селективности почва наиболее устойчива к загрязнению им. Аналогично, большей буферностью обладает та почва, в которой обеспечены реальные условия для выпадения осадка с наименьшим произведением растворимости. Автор отмечает, что чем больше максимальное количество вещества может быть удержано почвой, тем прочнее связь вещества с почвой, тем больше устойчивость почв при загрязнении этим веществом. Таким образом, буферная способность почв по отношению к определенному типу сорбции зависит от селективности сорбционных мест (констант равновесия протекающих реакций) и от количества этих сорбционных мест (емкости поглощения почв по отдельным типам сорбции).

Свойства почв учитываются при прогнозе устойчивости почв к деградации и, в частности, опасности загрязнения почв, что иллюстрируется данными следующей таблицы.

Таблица 2

Опасность накопления в почве биологически активных элементов, которые

находятся в слабо подвижной форме (Рэуцке К., 1986)

Содержание : Удерживающая способность почв

гумуса :--------------------------------------------------------------------------------------------------

:пониженная (преобладает: средняя (иллит и :повышенная (монтморилло-

:каолинит, галлуазит) : смектит) :нит, аллофан и полуторные

: : :окислы)

низкое 1 2 3

среднее 2 3 4

высокое 3 4 5

*) опасность загрязнения – 1 – очень слабая, 2 – слабая, 3 – средняя, 4 – сильная,

5 – очень сильная,

На основании свойств почв прогнозируется и подвижность элементов, возможность их миграции в грунтовые воды.