Шагреневая кожа Земли: Биосфера-почва-человек - Евгений Никитин

Разнообразие климата на Земле не ограничивается только его изменением с севера на юг. Не менее значительно меняется климат с запада на восток, что приводит к отчетливой смене в этом направлении почв, растительности и других компонентов ландшафта.

Пространственная изменчивость почвенного покрова обусловлена не только крупными изменениями климата. Большое значение имеет также неоднородность климатических условий на более ограниченных территориях: в долинах рек, на водораздельных пространствах, в различных частях одного и того же ландшафта.

Климат Земли характеризуется сильной изменчивостью и во времени. Лишь в районах Северного и Южного полюсов, где круглый год свирепствуют морозы, да в экваториальных широтах, где не прекращается лето на протяжении большей части года, более или менее одинаковая погода. На всей же остальной территории планеты происходят непрерывные сезонные изменения климата, постоянно преобразующие лик Земли. Почвы чутко реагируют на эти изменения и в течение года испытывают непрерывные метаморфозы.

В холодный период в большей части почв умеренного пояса почвообразовательный процесс затухает. Но если раньше считалось, что почва в морозные месяцы находится в состоянии полного покоя, то сейчас мнение изменилось. Получены данные, говорящие о том, что и при отрицательных температурах в почвах происходят изменения: подтягиваются из нижних незамерзших горизонтов растворы к верхней обледенелой части, передвигается почвенная влага в парообразном состоянии. В районах лютого холода — в тундре, сибирской тайге — часто наблюдаются пучения и деформации почв из-за сдавливания их ледяным чехлом замерзших горизонтов. Особенно заметна активность почв в зимний период там, где зима мягкая. В этих условиях почвообразовательный процесс может быть достаточно напряженным в течение круглого года. Яркий пример тому районы влажных широколиственных лесов умеренного пояса и субтропиков.

Много неожиданного в жизнь почв вносит изменчивость климата по годам. Даже простое наблюдение за состоянием погоды в какой-нибудь одной местности, но в разные годы говорит о том, что двух одинаковых лет практически не бывает. Более детальные исследования свидетельствуют о постоянной ритмической изменчивости климата и об отчетливом проявлении 2–3, 5–6, 11, 22, 30–35, 89-90-летних и других климатических циклов. С каждым климатическим циклом происходят значительные сдвиги в почвообразовательном процессе, заметно меняются многие свойства почв.

Нет почвы без живого

Взаимодействие почв и живых организмов — основной стержень почвообразовательного процесса, один из главных факторов развития биосферы и эволюции жизни на Земле. Посмотрим, как же влияют на почву обитающие в ней микроскопические и видимые глазом существа.

Микробное население почв давно признано мощной фабрикой по переработке поступающих в почву органических остатков и значительному изменению ее минеральной части.

Всем хорошо знакома великолепная картина осеннего листопада, покрывающего землю разноцветным ковром отжившей свой недолгий век листвы. Но что стало бы с лесами, полями и лугами, если бы весь образующийся из года в год растительный опад только накапливался, не претерпевая изменений? В этом случае поверхность Земли за короткое время оказалась бы забитой отходами жизнедеятельности организмов, и жизнь на планете в конце концов оказалась бы невозможной. Подвергая разрушению и минерализации поступающие в почву и на ее поверхность органические остатки, микроорганизмы тем самым предохраняют ландшафты от самозагрязнения и гибели.

Но этим не ограничивается работа маленьких санитаров. В ходе разрушительной деятельности микроорганизмы выступают и как строители, как поставщики ценнейшего материала, пригодного для питания многих видов живых существ. Этот материал образуется за счет разложения растительного опада под действием выделяемых микроорганизмами продуктов жизнедеятельности. В процессе этого разложения из органических остатков высвобождается или синтезируется заново ряд соединений, пригодных для построения тканей молодых, развивающихся организмов. Это аминокислоты, углеводы, различные соли и другие соединения.

Благодаря разносторонней и напряженной деятельности микроорганизмов оказывается возможным многократное участие в биологическом круговороте одних и тех же химических элементов. Многие биологи и почвоведы считают, что многократное повторное участие химических элементов в биологическом круговороте является одним из условий сохранения жизни на Земле, так как запасы доступных минеральных элементов, необходимых для осуществления функций жизни на нашей планете, небесконечны. И если бы химические элементы только потреблялись и не возвращались вновь в биологический круговорот, жизнь в конце концов могла бы прекратиться.

Существенное значение для почвообразовательного процесса имеет деятельность микроорганизмов, ее исключительный динамизм во времени и в пространстве. Особенно велики сезонные колебания активности микроорганизмов. Например, в средней полосе микроорганизмы претерпевают метаморфозы от почти полного бездействия в течение холодного времени года до чрезвычайно бурной жизни в погожие весенние дни, когда почва хорошо прогрета солнечными лучами, но еще не утратила влаги, накопившейся в ней за осень и зиму. В летнее время микроорганизмы живут непостоянно и пребывают в состоянии почти полного покоя в засушливые дни или же развивают бурную деятельность в дождливый период. Осенью во многих почвах умеренного пояса микроорганизмы бывают особенно активны. На первый взгляд это может показаться несколько странным. Но многое становится понятным, если принять во внимание, что в осеннее время почвы обогащаются свежим растительным опадом, влагой обильных дождей и еще сохраняют тепло, накопленное за лето.

Многообразны и пространственные изменения в почвенном микромире. Уже в пределах профиля одной какой-нибудь почвы мы сталкиваемся с непостоянством в расселении микроорганизмов по генетическим горизонтам. Максимум бактерий, грибов, актиномицетов приурочен к верхнему гумусовому слою и подстилке. С глубиной происходит резкое уменьшение численности микробов. Однако в некоторых микрозонах почвы, приуроченных главным образом к ходам корней, содержание микроорганизмов может быть высоким и в нижних горизонтах. Так, в выщелоченном черноземе на глубине 2,5 м было обнаружено в среднем 34 тыс. микроорганизмов, а по ходу корней деревьев на той же глубине насчитывалось более 2 млн микроорганизмов на 1 г почвы, т. е. в 60 раз больше.

Неравномерность расселения микрофлоры в пределах почвенного профиля обусловливает большую пестроту многих биохимических свойств почв и процессов, происходящих в них.

Перейдем к вопросу о связях почв с высшей растительностью, которые отличаются сложностью, разнообразием, наличием многих загадок и тайн; познание их интересно любому естествоиспытателю. Подавляющая часть растений произрастает там, где есть почвы. В своей эволюции и в расселении по Земле мир растений оказался неразрывно связанным с миром почв. Эта связь всегда была двусторонней, ибо почва и растительность непрерывно воздействуют друг на друга. Влияние растительности на почвы многопланово и зависит от ряда особенностей зеленого царства.

Одной из основных особенностей биомассы растений является ее постоянное обновление, в результате чего в почву и на ее поверхность ежегодно поступает большое количество разнообразного растительного опада. В ходе его преобразования в почве образуются биохимически активные соединения, некоторые минералы и, конечно, гумусовые кислоты — один из главных агентов почвообразовательного процесса.

Высшие растения оказывают также большое влияние на почву через свою корневую систему. Хорошо известна роль корней в формировании структуры почвы. Во многом благодаря разрыхляющей и структурообразующей деятельности корневых систем почва приобретает способность впитывать и запасать атмосферные осадки, а также экономно расходовать их на испарение. Большой положительный эффект от механического разрыхления почвы корнями связан с сильной разветвленностью корневых систем многих растений, с наличием у них многочисленных тонких корневых волосков. Например, у травянистых растений общая длина корней может достигать поразительных размеров: при сплошном покрове она составляет около 1 км, а при одиночном стоянии — до 70–80 км на растение. Высшая растительность задерживает на своей поверхности атмосферные осадки. Значительная часть этих осадков испаряется, не достигая почвы: другая часть поступает в почву, претерпев определенные изменения состава.

Растительный покров поглощает также большое количество солнечного излучения, поступающего на поверхность Земли. Особенно много поглощают тепла и влаги лесные массивы. Это обстоятельство служило основанием для критических высказываний по поводу благотворного влияния лесов на ландшафт. Однако в настоящее время преобладают сведения, говорящие о том, что лес в большинстве случаев положительно влияет на различные компоненты ландшафта. Лесные массивы уменьшают переохлаждение и перегрев воздушной оболочки, увеличивают внутренний влагооборот ландшафтов, регулируют сток талых вод, препятствуют развитию ветровой и водной эрозии. Установлено также положительное влияние многих видов древесных пород на свойства почв.