Шагреневая кожа Земли: Биосфера-почва-человек

В полноценном почвенном питании растений существуют определенные ограничения. Растения не в состоянии использовать из почвы все формы питательных элементов. Основным рационом оказываются элементы, находящиеся в растворенном или обменном состоянии в виде ионов, хотя в некоторых опытах и отмечалось усвоение корнями сложных соединений: аминокислот, антибиотиков и др. Поэтому далеко не все почвы, богатые валовыми запасами питательных элементов, в состоянии полностью удовлетворить пищевые запросы растений. Преимущество оказывается на стороне почв, характеризующихся оптимальным соотношением основных их свойств: достаточным (но не избыточным) содержанием тонкодисперсной илистой фракции и гумуса, обеспечивающих поддержание необходимого фонда доступных элементов, благоприятным соотношением тепла и влаги и др.

Для успешного питания растений важное значение имеет соотношение доступных элементов в почве, поскольку поступление одного элемента в растительный организм часто зависит от концентрации другого в связи с явлениями антагонизма и синергизма ионов. Указанные явления учитываются в практике. Так, чтобы снизить в кормовых культурах содержание молибдена, который нередко накапливается в токсичных для животных количествах, в качестве удобрения можно применять соединения меди, заметно уменьшающей благодаря эффекту антагонизма доступность молибдена.

Сложность процесса почвенного питания растений оказывается одной из причин больших трудностей при получении высоких гарантированных урожаев. Прежде всего приходится решать проблему химической гармонии растений и почв, поскольку их состав очень сильно различается. Примерные подсчеты свидетельствуют о том, что концентрация растворимого азота в почвах по сравнению с культурными растениями в среднем ниже почти в 500 раз, фосфора и калия — в 20 раз, магния и кальция — в 3–4 раза. Другие элементы могут себя вести по-иному. Так, концентрация железа в почвах в 6 раз выше, чем в растениях. Необходимо постоянное регулирование в почве доступных растениям элементов питания.

Другая почвенная функция, тесно связанная с только что рассмотренной, — это функция депо элементов питания, энергии и влаги. Ее основное назначение — снабжать живые организмы элементами питания в случае израсходования наиболее легкодоступных запасов. В почвенное депо входят соединения, законсервированные в аморфных и кристаллических минералах, в скоагулированных гумусовых кислотах, а также соединения и влага глубоких горизонтов и др.

Благодаря почвенному депо живые организмы успешно существуют и в периоды, когда наблюдается перерыв в поступлении в почву влаги, тепла, удобрений, растительного опада. О больших возможностях этого депо убедительно свидетельствуют опыты на Ротамстедской опытной станции в Англии, где в течение 100 лет выращивались культуры, под которые не вносились какие-либо удобрения (выполнялись лишь правила передовой обработки почв). Урожай пшеницы составлял около 14 ц/га.

Существенной, но слабо изученной является почвенная функция стимулятора и ингибитора биохимических и других процессов. Действие данной функции связано с тем, что живые организмы выделяют в почву разнообразные продукты метаболизма: белки, аминокислоты, антибиотики, витамины и другие, активизирующие или угнетающие (ингибирующие) их жизнедеятельность.

С данной функцией нередко связаны многие важные явления в жизни биогеоценозов (экосистем суши). Примером может служить почвоутомление, когда наблюдается снижение биомассы растений, несмотря на обеспеченность почвы элементами питания и благоприятные условия климата. Причины почвоутомления различны: ухудшение водно-воздушного режима почвы из-за неправильной ее обработки, увеличение засоренности посевов сорняками и, что весьма существенно, накопление выделений растений и микроорганизмов. Нередко отмечается угнетение растительных организмов под действием корневых выделений. Самоугнетение отмечено у гваюлы, костра безостого. У древесных пород отмечалось угнетающее влияние одного вида на другой. Например, на дуб отрицательно действуют выделения сосны, осины, вяза. Возможно, однако, и положительное влияние выделений одних организмов на развитие других. Так, отмечается в основном благоприятное взаимовлияние сосны и лиственницы. Нередко имеет место и безразличное отношение растений как к собственным, так и к чужим выделениям. Так, пшеница, ячмень, кукуруза, картофель не страдают от собственных корневых выделений.

Выделения живых организмов могут действовать также опосредованно, путем изменения pH почвы и доступности элементов питания. Выделяемые растениями и микроорганизмами кислотные продукты, а также их внеклеточные ферменты оказываются важным фактором усвоения элементов питания из труднодоступных соединений.

Знание рассматриваемой функции почв существенно не только для теории, но и для практики. Учет активаторно-ингибиторных процессов почвы позволяет успешнее решать проблему структуры посевов. Одновидовые посевы и посадки малоперспективны. Например, отмечено, что в чистых ельниках за 2–3 поколения бонитет может упасть со II, III до IV, V классов. Ряд исследователей обращают внимание на большую производительность специальных смешанных посевов и посадок, в которых благодаря подбору видов с положительным взаимовлиянием и учету сезонной и суточной изменчивости корневых выделений имеет место более полное использование почвенного плодородия. Этому способствует прежде всего то, что питательные вещества, выделяемые корнями одного вида, не вымываются из почвы, а перехватываются корнями другого вида, с иным ритмом поглотительно-выделительной деятельности. Перехваченные вещества оказываются дополнительным источником пищи и играют роль активизатора биохимических процессов в почве.

Следует, однако, обратить внимание на то, что успешное выполнение данной функции почвой возможно лишь при определенном соотношении всех ее свойств. Так, динамика влажности почвы во многом определяет обмен корневыми выделениями. Этот обмен возможен в широком диапазоне почвенной влажности (от 25 до 90 % полной влагоемкости), но наиболее активно он протекает при влажности около 70 %.

Некоторые важные функции почвы контролируются в основном ее физико-химическими параметрами. К таким функциям относится поглощение (сорбция) тонкодисперсного вещества, поступающего из атмосферы, с боковым и грунтовым водными потоками, с растительным опадом и др. Поглотительная способность почвы существенно зависит от дисперсности мелкозема, увеличиваясь по мере утяжеления механического состава. Но и в легких почвах ее масштабы велики. Благодаря сорбированию почвенно-растительным покровом соединений, поступающих с осадками и пылью, возможно успешное произрастание растительности даже на очень бедных землях. Примером могут служить высокоствольные сосновые леса на кварцевых подзолах, состав которых более чем на 90 % представлен кремнеземом.

Сорбционная функция имеет большое значение и в жизни культурных растений. Ее влияние может быть двояким. Положительные эффекты обусловлены тем, что благодаря поглотительной способности элементы питания защищены от быстрого вымывания из почвы. Негативные явления связаны с переводом части элементов в труднодоступные формы, что приводит к снижению эффективности удобрений.

В целом работу сорбционной функции можно оценить положительно, особенно в случае ненарушенных экосистем. Однако при неправильном обращении с землей поглотительная способность почв может причинить большие неприятности земледельцу, например вследствие накопления в мелкоземе ряда вредных элементов и соединений (свинца, ртути и др), которые могут попадать с промышленными отходами и сточными водами небытового происхождения.

Преимущественно с физико-химическими свойствами связана и сорбция мелкоземом микроорганизмов, обитающих в почве или попадающих в нее.

Экологическое значение данной функции весьма велико, так как в случае ее отсутствия большая часть микроорганизмов выносилась бы из почв с нисходящим током влаги. Исследования показали, что бактериальные клетки некоторых микроорганизмов сорбируются естественной почвой более чем на 90 %. Сорбированные микроорганизмы сохраняют свою жизнедеятельность. Это является одним из доказательств справедливости высказываний, что способность сорбироваться — приспособительный признак, возникший у многих микроорганизмов в процессе эволюции.