огромное значение почвы для жизни на земле
Почва и ее значение
Это незаменимый элемент земной поверхности, благодаря которому существование растительных и животных организмов (а также микроорганизмов) становится возможным.
Взаимодействие здесь двойственное: всего живого не было бы без почвы, но сама почва является результатом жизнедеятельности этих организмов. Почва составляет одну из планетарных оболочек, которую принято называть педосферой.
Почва и круговорот веществ. Благодаря специфической смеси почвенных элементов, воды, воздуха и органических компонентов происходят процессы переработки, разложения и трансформации множества химических соединений.
Благодаря этому появляется возможность осуществлять питание в первую очередь для растений, и косвенно для животных и человека. 
Значение почвы в природе можно разделить в зависимости от ее функций, основные из которых следующие:
Значение почвы в жизни человека
Самим своим существованием почва обеспечивает возможность для жизни человеку и другим живым организмам. Почва и человек неразрывно связаны друг с другом. Не зря первыми эффективными технологиями человеческой цивилизации были земледелие и животноводство — то есть по сути, максимальные способы использования земельных ресурсов.
Энергетическая функция
Почва создает условия для жизни растений, которые преобразуют солнечную энергию методом фотосинтеза в органическую. Постепенно растения и другие органические остатки превращаются в уголь, нефть, газ, торф, тем самым создавая гигантские резервуары энергии для человеческой цивилизации.
Круговорот веществ в природе
Очень важно чтобы в состав почвы входили необходимые для нормального функционирования человеческого организма минеральные элементы.
Естественная регуляция популяций
Скопление растительных и животных организмов (а также человека) всегда происходит в тех областях планеты, где почвы наиболее плодородны, а климат благоприятствует жизни. И наоборот — почвы с низким плодородием снижают возможности существования на них флоры и фауны, тем самым регулируя численность определенных видов и популяций.
В социальном отношении роль почвы проявляется в том, что высокоурожайные земли становятся причиной территориальных конфликтов между странами и народами.
Почва как средство производства
Несомненно, почва является ценным средством для производства сельскохозяйственной и животноводческой продукции. Всегда следует учитывать важность сохранения экологического состояния почвы при проведении различных агротехнических работ и организации видов производств, сопряженных с выделением токсинов и сточных вод в окружающую среду.
От состояния почвы напрямую зависит будущее жизни на планете. Кроме того, грунт необходим для создания жилищ и дорог.
Защитная функция почвы
Почва не только дает жизнь, но и обезвреживает опасные для жизни человека и животных вещества. Это и вредные химические соединения, и радиоактивные вещества, и опасные бактериальные и вирусные возбудители. Все эти компоненты накапливаются в почве и постепенно утилизируются.
Однако, буферный запас прочности почвы не безграничен, и если он будет постоянно превышаться, она перестанет справляться со своими протекторными функциями.
Огромное значение почвы для жизни на земле
Условно это отражено в формуле: Горные породы + Солнце + воздух + вода + живые организмы = почва.
Как Вы думаете, следует почву отнести к возобновляемым, или невозобновляемым природным ресурсам? Можно ли дать однозначный ответ на этот вопрос?
В настоящее время ученые выделяют около ста типов почв. Почему существуют разные типы почв?
Многобразие почв связано, разумеется, с многообразием условий, в которых они формировались. Особенно большое значение имеют климат и свойства тех пород, из которых образовалась почва.
Рассмотрите рисунок и сравните чернозем, дерново-подзолистые и тундровые подзолистые почвы.
Знаете ли Вы, какие типы почвы характеры для Вашей местности? В почве имеется нескольких слоев, связанных между собой. Видео 38. Среди них различают коренную породу, которая подвергается выветриванию при выходах ее на поверхность, и материнскую, из которой формируется верхний слой почвы. Нижележащий слой называется подпочвой.
Из чего состоит почва?
Установлено, что чем меньше размеры организмов, тем больше их число в почве. Так, в 1 м 3 почве находится несколько десятков миллионов червей и насекомых. А в 1 грамме почвы содержится более миллиона простейших микроорганизмов. В целом количество почвенных микроорганизмов на Земле ученые оценивают приблизительно в один миллиард тонн! Однако значение живых организмов в почвенных процессах определяется не их массой, а той огромное работой, которую они совершают. Видео 40.
Мы не замечает работу почвенных бактерий, которые непрерывно перерабатывают отмирающие части растений и других организмов. Но если бы она прекратилась, поверхность Земли была бы завалена этими остатками. Трудно представить, что было бы с нашей прекрасной Планетой через какие-нибудь сто лет! А дождевые черви, как известно, питаясь, заглатывают почву. Если в одном гектаре почвы обитает около 140 тысяч дождевых червей, то их масса составляет 500 кг! А это значит, что за один год они пропускают через свой организм около десяти тонн почвенной массы!
В чем заключается биосферная функция почвы?
Благодаря их взаимодействию почва выполняет свои биосферные функции. Но, повторим, оно обеспечивается не только составом, но и строением почвы.
Почва состоит из очень мелких частиц. В пленке воды, обволакивающей почвенные частицы, живут микроскопические организмы. Более крупные поселяются между частицами почвы, как в пещерах. И те, и другие составляют с почвой единое образование. Тем, что живут на поверхности частиц, необходим воздух, а те, что находятся внутри частиц, способны жить без воздуха.
Питание, дыхание и все другие процессы жизнедеятельности живых организмов приводят к множеству изменений в составе почвы. При этом они вовлекают в эти процессы вещества, содержащиеся в воздухе и растворенные в воде, а сами выделяют образовавшиеся в процессе их жизнедеятельности новые вещества.
Таким образом, почва выполняет свою биосферную функцию как конечного звена, обеспечивающего создание всей биомассы Планеты.
Разрушение почвы может происходить как в результате природных процессов, так и под влиянием нерациональных действий человека.
Разрушение почвенного покрова на месте рубки леса
Например, первые поселенцы в Америке так нещадно эксплуатировали землю, что за 100 лет погубили 20% пахотных земель. Почва также разрушается вследствие заболачивания, опустынивания.
Ученые считают, что для сохранения экологической устойчивости территории в каждой природной зоне должно соблюдаться определенное соотношение пашен, пастбищ и лесов. Так, например, в лесостепи, по исследованиям В.В. Докучаева, лесов должно быть 10-18%. Сейчас из-за чрезмерной распашки их осталось значительно меньше.
По современным данным человечество уже утратило за исторический период около 2 млрд. га некогда плодородных земель, превратив их в антропогенные пустыни. Это больше, чем площадь всей современной пашни в мире, составляющей 1,5 млрд. га.В конце ХХ века стало очевидным, что деградация почв приобрела угрожающие размеры и является одной из основных угроз глобального экологического кризиса. Это особенно тревожно, если учесть, что, последним оценкам, в мире насчитывается более одного миллиарда голодающих, то есть каждый шестой житель планеты. А это значит, что сейчас страдают от голода и истощения больше людей, чем когда бы то ни было в истории человечества, в то время как плодородие почв и площадь пригодных для сельского хозяйства земель сокращаются.
Недооценивая роль этого величайшего природного богатства, человечество ставит под угрозу само свое существование.
4. Роль почвы в жизни и деятельности человека
Почве принадлежит важная роль в природной среде обитания человека. Прежде всего, потому, что почва – основное средство сельскохозяйственного производства, относящееся к категории невозобновимых природных ресурсов. Международные декларации и соглашения по проблемам природопользования – «Всемирная стратегия охраны природы», «Всемирная почвенная хартия», «Основы мировой почвенной политики» – утверждают значение почвы, как всеобщего достояния человечества, рационально использовать и охранять которое должны все люди Земли. Поэтому вопросы землепользования затрагивают комплекс сложных проблем социально-экономического характера: проблемы земельной собственности, земельного законодательства, земельного права, экономической оценки земель и другие, не менее животрепещущие.
По отношению к окружающей среде и человеку почва выполняет еще одну важную роль – протекторную. Обладая способностью поглощать и удерживать в себе различные загрязняющие вещества, в том числе и радионуклиды, связывая их химическим и физическим путем, почва тем самым служит своеобразным фильтром, предотвращающим поступление этих соединений в природные воды, растения, и далее по пищевым цепям – в животные организмы и человека. Однако возможности почвы в этом отношении не безграничны, а уровень техногенного прессинга все возрастает, поэтому все чаще наблюдаются случаи опасного загрязнения почв и последующего отравления людей.
Здоровье человека в значительной степени определятся той средой, в которой он вынужден жить, и, как оказалось, почве в этом вопросе принадлежит немаловажная роль.
Такие заболевания по предложению А.П. Виноградова были названы эндемическими, а территории с аномальным содержанием химических элементов – эндемическими провинциями. В.В. Ковальский составил карту биогеохимических зон и провинций СССР, она представлена в качестве иллюстрации к этой главе. На ней он выделил районы распространения ряда заболеваний человека и животных, обусловленных свойствами почв и вод. Разгадка возникновения эндемических болезней позволила выработать меры нейтрализации этих явлений.
Почвы заселены мириадами микроорганизмов. Некоторые из них выделены из почв и используются для изготовления ценных лечебных препаратов – антибиотиков. В составе почвенной микрофлоры содержатся и патогенные формы, вызывающие тяжелые заболевания, например, возбудители столбняка (b.tetani), сибирской язвы (b.antracis), злокачественного отека (b.oedematis maligni) и некоторые другие. Ряд болезней человека и животных связан с животными, живущими только в определенных почвенных условиях. Например, грызуны и насекомые, живущие в песчаных и супесчаных почвах полупустынь и сухих степей, переносят такие болезни как туляремия, чума. Поэтому инфекционисты, паразитологи при изучении закономерностей распределения этих заболеваний сотрудничают и с почвоведами.
Таким образом, многие важные вопросы медицины и ветеринарии не могут быть решены без учета особенностей почвенного покрова. И в 1986 году в рамках Международного общества почвоведов была организована рабочая группа «Почвы и геомедицина». Это создало предпосылки для выделения особого раздела в почвоведении – медицинского.
Есть еще одна область деятельности человека, где учет свойств почв и почвенного покрова в целом совершенно необходим. Почвы обладают различными инженерно-геологическими свойствами. Долговечность деревянных, металлических и бетонных конструкций, фундаментов зданий и их стен, зависит от химического состава почвенно-грунтовых вод и от взаимодействия между материалами сооружений и почвой. Строительство дорог, аэродромов также опирается на научные положения почвоведения, так как свойства почв определяют долговечность покрытий и этих сооружений.
Надеюсь, мне удалось Вас убедить в исключительной важности, уникальности «самого преизящнейшего творения Всевышнего». Но современное состояние почвенного покрова нашей страны неудовлетворительное, и продолжает ухудшаться. Для преодоления дальнейшего развития деградации почв, в том числе знаменитого русского чернозема – национального достояния страны, необходимы меры по их защите, и, прежде всего, совершенствование земельного законодательства. Немаловажную роль должно сыграть и воспитание уважительного отношения к земле-почве, и начинать эту работу надо еще в школе. Мировое сообщество уже пришло к пониманию этого положения. В США разработан проект, одной из задач которого является объединение ученых, учителей школ и школьников для включения почвоведения в школьные программы. К сожалению, на родине почвоведения об этом пока не помышляют.
Но учиться никогда не поздно. И мы с Вами будем постигать азы этой науки не за партой, а прямо у себя на участке.
Почва: волшебная субстанция, без которой не было бы жизни на земле
Грязь. Жижа. Земля. У нас много синонимов для этого вещества, но, положа руку на сердце, можно сказать, что мы практически о нем не задумываемся. Да и думать там нечего. Но без почвы жизнь, возможно, никогда бы не смогла процветать вдали от воды. Без почвы мы определенно были бы мертвы. Почва имеет решающее значение практически для каждого аспекта жизни на земле, от хранения и фильтрации воды до регулирования климата, предотвращения наводнений, круговорота питательных веществ и разложения. Грязь под ногами является исключительным источником биоразнообразия: по некоторым оценкам, порядка четверти всех видов живут в земле. И мы до сих пор не открыли всех ее сокровищ: в январе 2015 года ученые объявили, что первый новый антибиотик за последние 30 лет был обнаружен в почвенных бактериях.
«Биоразнообразие почвы остается в значительной степени незамеченным, но имеет решающее значение для здоровья людей», — говорят Тандра Фрейзер и Диана Уолл из Global Soil Biodiversity Initiative.
ООН назвала 2015 год Годом почв, и 5 декабря был Всемирным днем почвы. Если когда-нибудь и наступит время отдать дань этой недооцененной субстанции, то это время сейчас. Откуда берется почва и почему она играет основополагающее значение для жизни на земле?
Метеорит Мерчисон: углеродистый хондрит
Во время рождения Солнечной системы, до того как образовалась наша планета, строительные блоки почвы скрывались в чернильной темноте космоса. Об этом свидетельствуют метеориты, известные как углеродистые хондриты, которые появились на рассвете Солнечной системы и которые богаты глинистыми минералами, из которых состояла самая ранняя почва на нашей планете.
После образования Земли, около 4,6 миллиарда лет назад, эти богатые глиной первобытные почвы оказались разбросаны по нашей молодой планете. Но условия были жесткими: частые и массивные падения метеоритов плавили и измельчали крупные объемы этих первых залежей весьма скоро после их формирования.
«Существует дискуссия о том, могла ли вся поверхность Земли быть расплавленной», — объясняет Грегори Реталлак, эксперт по древним почвам из Университета штата Орегон в Юджине, США. Он поддерживает теорию о том, что не больше половины Земли было расплавлено одновременно.
Примерно 3,8 миллиарда лет назад условия на Земле начали стабилизироваться. Постоянная метеоритная бомбардировка, которая превратила планету в ад, к этому моменту пошла на спад, позволив конденсироваться жидкой воде с образованием озер и морей. Это важный момент в истории почвы. Жидкая вода выветрила твердые породы Земли, создав минеральные вещества и образовав больше постоянной почвы.
Первая жизнь на Земле появилась, вероятно, чуть позже, примерно 3,5 миллиарда лет назад; об этом говорят самые ранние свидетельства, которые мы нашли в окаменелостях, которые образовались на скалистых берегах и напоминают микробные маты — строматолиты — которые до сих пор находят на Земле.
Почти с самого начала существования жизни почва начала подвергаться влиянию — и также влиять — жизни. К примеру, те первые микробные маты состояли из фотосинтезирующих организмов, которые вырабатывали огромные объемы органических веществ, используя энергию солнца. Эта органическая материя постепенно выстраивалась на береговой линии, где смешивалась с минералами, высвобожденными из пород под действием эрозии, создавая, возможно, первую истинную почву.
Современные строматолиты в Австралии
Но это была не та почва, к которой мы привыкли. Та почва с трудом сохраняла воду и питательные вещества, которые могли поддерживать жизнь. Емкость почвы зависит от пор, которые образуются между гранулами; простая структура первой почвы означала, что та быстро осушалась, в процессе чего вымывались питательные вещества. Из-за этого земля оставалась негостеприимной средой обитания, и жизнь была ограничена береговой линией, где вода была более доступной.
Ни один организм не имел приспособлений, которые позволяли бы ему отойти от берега и полностью колонизировать некачественную землю. Ключом к колонизации земель стало сотрудничество — если точнее, появление лишайников между 700 и 550 миллионов лет назад.
Лишайники весьма примечательные организмы. Их ткани образованы мутуалистическими взаимосвязями водорослей и грибов, а иногда также бактерий — эти организмы представляют три различных царства жизни. Лишайники являются чрезвычайно устойчивыми и прекрасно адаптируются, благодаря этому уникальному симбиозу.
Работая вместе, эти разнообразные организмы объединяли свои навыки, чтобы колонизировать мрачные безжизненные почвы, покрывавшие континенты полмиллиарда лет назад. Даже сегодня лишайники являются одними из самых легко адаптирующихся организмов на Земле.
Лишайники весьма стойкие организмы
Это означает, что лишайники не только продвигались к первым почвам на Земле — они также меняли их. Ускоряя выветривание горных пород, лишайники выпускали еще больше питательных веществ в почву, делая ее более плодородной, и прокладывали путь для других форм жизни. «Лишайники играли важнейшее значение в колонизации растениями земли», — говорит Фальковский.
Вторая волна колонизации началась 440 миллионов лет назад — очень скоро первые наземные растения начали изменять почву вокруг себя. «Они создали более выраженную структуру почвы, — объясняет Реталлак, — и способствовали выделению питательных веществ, фосфора и калия в почве. Этот процесс удобрил как сушу, так и море».
Подобно грибам в лишайниках, микориза получала энергию, сотрудничая с фотосинтезирующими растениями. И, опять же, как с лишайником, выгоду получали обе стороны: микориза наращивала нити, расширяя охват растения и делая его более стабильным, позволяя ему высасывать азот и другие питательные вещества из почвы.
Нити микоризы также зарывались в породы, выпуская питательные вещества, фосфор, кальций и железо, способствуя росту объема почвы.
Почва важна для многих видов жизни
Ученые считают, что эти мутуалистические отношения имели важнейшее значение для эволюции наземных растений — и эта гипотеза укрепилась 15 лет с открытием 460-миллионолетней ископаемой микоризы.
«Эти взаимовыгодные отношения помогли растениям колонизировать земли до того, как у них появились корни, и до образования известной нам сегодня почвы, — объясняет Кэти Филд из Университета Лидса в Великобритании. — Со временем растения эволюционировали, чтобы стать более конструктивно сложными, разрабатывали обширную систему сосудов, листьев и корней». Это принесло еще больше органического вещества в почву и помогло стабилизировать ее от эрозии.
Сегодня мутуалистические отношения вроде таких формируют основу глобального круговорота питательных веществ, без которых мы бы голодали. Более 80% современных растений образуют связи в виде микоризы с нитчатыми грибами, и они играют важную роль в высвобождении азота в почве.
Микориза также образует огромные сети, которые стабилизируют структуру почвы и позволяют растениям сообщаться — такой себе «интернет Земли».
Корни растений — дом для грибов
Пока растения постепенно колонизировали землю и выводили огромные количества органического вещества в почву, ее способность хранить воду увеличивалась. Хранение и фильтрация воды даже сегодня — одна из важнейших ролей почвы: мы зависим от нее, получая питьевую воду и орошая свои угодья. Способность хранить воду у почвы также важна для снижения риска наводнений и предоставляет важный буфер против засухи.
Вода в почве имеет два названия. Ниже определенного уровня, где почва насыщена, она называется грунтовой водой; выше, где воды меньше, она упоминается как влажность почвы.
Грунтовые воды составляют 20% мировых запасов пресной воды, хотя в общем выражении это меньше 1% всей воды на Земле. Это важный резервуар для нашей питьевой воды и ирригационных систем.
Есть в эволюции современных почв последняя глава. Где-то между 490 и 430 миллионов лет назад животные впервые вышли из океанов и начали колонизировать все более цветущую землю. Где-то 420 миллионов лет назад процветали наземные беспозвоночные — и почва, как следствие, менялась.
Эти первые жители земли были травоядными, поглощали маты водорослей и лишайники, которые царили на земле, и возвращали питательные вещества в почву. Они также начали зарываться и колонизировать почву, наполняя ее мертвой органической материей и тщательно смешивая ее с глиной и другими минералами, выветренными из камней. Их действия снабдили почву еще более отличной структурой и помогли растениям в дальнейшем развитии вдали от воды.
«На Земле появились все основные сорта почвы за исключением почвы пастбищ, — объясняет Реталлак. — Луга появились лишь 65 миллионов лет назад, после исчезновения динозавров».
История почвы была сформирована физическими факторами и живыми организмами, в процессе динамического образования цепочки взаимодействующих событий, на заре геологического времени, миллиарды лет назад. История почвы продолжает разворачиваться, как следствие наших действий в течение последних нескольких столетий.
До 1960 года цикл азота по всему миру был примерно сбалансирован. С тех пор использование азотных удобрений выросло на 800%. Слишком много питательных веществ может быть хуже, чем ничего, — избыток азота вымывается в реки и ручьи, где приводит к цветению водорослей, высвобождению закиси азота, опасного парникового газа и порождает опасность для здоровья человека.
Это изменение — крупнейшее в азотном цикле за 2,5 миллиарда лет, и оно может иметь серьезные последствия для наших продуктов питания и климата. (Подробнее об изменениях климата можно почитать здесь).
Нарушения ключевых питательных циклов в почве вызывают особенное беспокойство, поскольку почвенная система имеет тенденцию медленно реагировать на изменения — любой вред, который причиняют люди сегодня, возможно, придется исправлять десятками или сотнями лет.
Современные методы ведения сельского хозяйства также вредны для микоризы, они снижают способность наших культур получать жизненно важные питательные вещества и ухудшают структуру почвы в этом процессе.
В сущности, наше сельское хозяйство оборачивает вспять миллиарды лет эволюции почвы и делает нашу почву более уязвимой к эрозии. По сути, половина верхнего слоя почвы мира, самая активная и важная часть почвы, была утрачена за последние 150 лет.
Разрушенная почва удерживает меньше воды и питательных веществ, на ней сложнее выращивать урожай, земля становится уязвимой к наводнению и засухе. Осадкам из почвы тоже нужно куда-то деваться, поэтому эрозия почвы загрязняет наши реки и ручьи, убивая организмы, в них живущие.
И эта проблема лишь усугубляется. Интенсификация сельскохозяйственных процессов разрушает почвы по всему миру, и когда население планеты достигнет 9 миллиардов к 2050 году, безопасность будущего нашей пищи будет под большим вопросом.
Хорошие новости в том, что если мы начнем заботиться о почвах мира уже сегодня, то среди прочего сможем воспользоваться их способностью накапливать углерод, что поможет нам в борьбе с последствиями изменения климата.
Возможно, мы нечасто об этом задумываемся, но почва молча поддерживает наше существование. Защищая почву как важную часть мировой экосистемы сегодня, мы будем в полной уверенности, что она продолжит обеспечивать нас чистой водой, вкусной едой и гостеприимным климатом в далеком будущем.