Біосферні функції грунтового покриву

 

Ґрунт – складний організм, нерозривно пов’язаний з водою і повітрям, утворює разом з ними триєдину систему, яка є основою біосфери. Шкода, нанесена будь-якому з елементів тріади, неминуче порушує всю систему. Забезпечуючи необхідні умови всього живого на Землі, ґрунт через рослини (прямо) і тварини (не прямо) підтримує існування біосфери.

На поверхні земної кори формується ґрунтовий шар. ҐРУНТ - особливе органіко - мінеральне природничоісторичне природне утворення, що виникло в результаті впливу живих організмів на мінеральний субстрат і розкладання мертвих організмів, впливу природних вод і атмосферного повітря на поверхневі обрії гірських порід у різних умовах клімату і гравітаційному полі Землі.

Найважливіша властивість ґрунту – родючість являє собою здатність забезпечувати умови для продукування (продиціювання) рослинами органічної речовини. Родючість обумовлена всією сукупністю властивостей ґрунту. Серед цих властивостей виділяється поглинальна здатність ґрунту, що обумовлює втримання живильних речовин у зоні кореневих систем.

Уся сукупність фізичних і хімічних властивостей ґрунту, здатних впливати на живі організми, відноситься до едафогених факторів.

До фізичних властивостей ґрунту відносяться: механічний склад, відносна рихлість структури, водопроникність, аерируємість, відсутність світла, мала амплітуда коливання температури, невеликий обсяг ґрунтового повітря.

Хімічні властивості ґрунту: мінеральний склад, чи наявність мінеральних речовин, необхідних для харчування рослин. Мінеральні речовини створюють певний іонний склад ґрунтового розчину. Хімізм ґрунтового розчину значною мірою визначає ступінь родючості ґрунтів. У залежності від складу ґрунту і насиченості його живильними речовинами розрізняють кілька екологічних груп рослин, що виростають на них.

Ґрунтовий покрив, як біокосна система, являє собою загальнопланетарне глобальне утворення яке В.А.Ковда назвав «педосферою», підкреслюючі! важливу роль грунтів в життєдіяльності біосфери. Гумусова оболонка землі. якою є грунт відіграє роль глобального фіксатора та акумулятора енергії сонця, яка в процесі фотосинтезу накопичується рослинами.

Грунт перерозподіляє накопичену енергію, є, крім того, універсальним поглиначем та накопнчувачем біологічних, біогенних та мінеральних забруднювачів. Грунт нейтралізує рештки добрив та пестицидів, гумус во­лодіє бактерицидними властивостями. Тому в грунті гинуть патогенні мікроорганізми, інші збудники хвороб. Грунт на довгий час стає акуму­лятором радіоактивних сполук, що надходять в навколишнє середовище.

Крім того, грунт відіграє важливу роль у кругообігу води, енергії та ряду хімічних елементів. Більшість процесів та функцій педосфери проті­кає в тісному зв'язку з рослинністю та іншими організмами. Найбільш важливою властивістю грунту є його здатність продукувати біомасу - це відіграє важливу екологічну роль і використовується людиною для ви­робництва продуктів харчування, кормів для тваринництва та сировини для промисловості. Ця здатність названа «родючістю». Саме родючість грунтів є одним з двох джерел матеріальних благ людства. Процеси постійного відтворення біомаси є необхідною умовою існування біосфери як екологічної системи.

Далі розглянемо окремі біосферні функції ґрунтового покриву.

Біоекологічна функція. Ґрунтовий покрив є екологічною нішею для багатьох видів рослин, тварин, мікроорганізмів і т.д. Грунт густо заселений. При цьому загальний об'єм органічної маси лише вищих рослин на землі сягає 1,5-3,0х10¹³ т. Це біомаса дерев, кущів, трав. Біомаса водоростей, актиноміцетів, бактерій значно вища. Завдяки коротким життєвим циклам мікроорганізмів — про­дукування ними біомаси значно вище, у вищих рослин. За щільністю засе­лення живими організмами з грунтом можуть зрівнятись лише верхні шари океану, а за продуктивністю більша частина грунтів перевищує водне сере­довище. Тому грунт можна вважати важливою екологічною ланкою функ­ціонування біосфери.

Він є початковою ланкою малого біологічного кругообігу речовин та енергії, місцем накопичення та трансформації значних об'ємів біомаси. Грунт є найбільш густонаселеною частиною біосфери. Місцем життя со­тень різних видів живих організмів від вищих до найпростіших.

Біоенергетична функція. В процесі фотосинтезу зелені рослини та інші організми фіксують щорічно NNxlO¹⁷ ккал. енергії. Значна частина цієї енергії консервується в грунті у вигляді гумусу, торфу і т.д. Кількість енергії акумульованої в різних типах біоценозів представлена в таблиці 1.

При порівнянні різних біоценозів видно, що у вологих тропіках основ­на енергія акумульована в рослинній масі, а чорноземні грунти степів виділяються високими запасами енергії акумульованої в гумусі. В 1 га чорнозему лише в гумусі міститься NNirlO' ккал. енергії. В значній мірі висока родючість цих грунтів і обумовлена значними запасами енергії.

Високопродуктивне сільськогосподарське виробництво, лісівництво, а також природні ценози потребують значної кількості енергії, яка необхід­на для синтезу біомаси рослин. В процесі росту та розвитку рослин витра­чається значна кількість сонячної енергії та енергії акумульованої в складі гумусу і інших сполук. І грунти відіграють важливу роль в процесах пере­творення енергії в біосфері.

Азотно-білкова функція. Як відомо, основа життя - білки. Обов'язковим компонентом білків є азот. Гірські магматичні породи містять мало азоту якого не достатньо для забезпечення життя вищих рослин та інших організмів. Грунтові ценози в процесі свого розвитку набули здатності фіксувати азот атмосфери і вклю­чати його в органічні сполуки, а також накопичувати азот в доступній формі в грунті. В грунті можна виділити дві великі групи мікроорганізмів здатних фіксувати азот: перша - вільноживучі бактерії азотфіксатори роду Азотобактер, Клострідіум та ін.; друга - група бульбочкових бактерій, що живуть у симбіозі із бобовими рослинами.

Переважно за рахунок біологічних джерел верхні шари грунту містять в 10-100 разів більше азоту, ніж гірські породи. Так, в посівах бобових культур за рахунок біологічної фіксації протягом однієї вегетації фіксуєть­ся від 300 до 500 кг. на гектар азоту. В цілому на планеті за рахунок всіх джерел біологічна фіксація азоту на суші складає біля 140 млн. тон за рік. З промисловими добривами вноситься 55-60 млн. тон азоту. Інші джерела складають до ЗО млн. тон азоту.

Саме азот частіше всього знаходиться в першому мінімумі і визначає рівень продуктивності біоценозів як природних, так і культурних. Тому процеси фіксації та кругообігу азоту в природі мають важливе екологічне значення. Значна частина азоту поглинута рослинами з грунту або фіксо­вана з атмосфери з рослинними рештками, або після того, як пройде по трофічним ланцюжкам, знову потрапляє в грунт, де накопичується пере­важно у складі органічних сполук і з часом знову включається в кругообіг.

Поступове збільшення об'ємів азоту в біологічному кругообігу, покра­щання білкового живлення було важливим фактором еволюції тварин, збільшення об'єму мозку. Проблема дефіциту в харчуванні білку і зараз стоїть в світі досить гостро, тому підвищення фіксуючої здатності грунтів, сільськогосподарських культур і зараз досить важлива.

Біогеохімічна функція. Процеси ґрунтоутворення супроводжуються формуванням малого біо­логічного кругообігу хімічних елементів. В першу чергу відбувається мобі­лізація найбільш важливих біофільних хімічних елементів, які відносяться до макроелементів: азот, фосфор, калій, а також накопичення сірки, фосфо­ру, вуглецю, міді, марганцю, молібдену, бору, та ряду інших мікроеле­ментів.

Саме грунт є початковою ланкою в довгому ланцюгу перетворень та кругообігу речовин та енергії, що супроводжується мобілізацією значної маси мінеральних елементів. В цілому за рік з грунту рослинами мобілі­зується від 100 млн. до 1000 млн.тон мінеральних сполук. Процеси транс­формації, міграції та акумуляції хімічних елементів супроводжуються ви­вітрюванням гірських порід окисленням та відновленням сполук. Крім вищих рослин в цих процесах приймають участь і мікроорганізми. Такі перетворення у верхніх шарах грунтів приводять до збільшення вмісту ряду хімічних елементів у грунтах, а іноді і до формування покладів корисних копалин промислового значення (відклади торфу каоліну, болотної заліз­ної руди і т.д.). Цикли перетворення вуглецю, заліза, азоту, марганцю та тісно пов'язані з процесами, що протікають в грунті.

Вернадський відмічав велике значення ґрунтової біоти у процесах хімічних перетворень елементів.

Гідрологічна функція. Ґрунтовий покрив, являючись верхнім шаром літосфери, відіграє над­звичайно велику роль у формуванні процесу кругообігу води у природі. Верхні рихлі шари грунту поглинають воду. яка випадає у вигляді рідких та твердих опадів. За рахунок цього формуються запаси ґрунтових та підзем­них вод. В подальшому запаси рухомої води. доступної рослинам використо­вується на фізіологічні процеси, транспірацію., частина випаровується з поверхні грунту.

Саме у верхніх шарах гірських порід та грунтах відбувається формуван­ня запасів ґрунтових вод, що дають початок поверхневому та підґрунтово­му стоку із суші. При цьому постійне надходження та подальший транзит­ний рух вологи через ґрунтову товщу відіграють важливу роль у різних хімічних перетвореннях у грунті.

Процеси вивітрювання мінералів синтезу вторинних мінералів, розчи­нення різних сполук, окислення органічної речовини та її консервація у вигляді торфу, оглеєння і т. д., нерозривно пов'язаної з присутністю води.

Декілька слів про інші функції

Газовоатмосферна — опосередковано згадували про неї, говорячи про цикли кисню-утворення вуглекислого газу (СОд) та продукування Од рос­линами, водоростями іншими організмами на поверхні грунту.

В грунті утворюється ряд інших газів: (NH,. СЦ,,і т.д.) процесі хімічних. перетворень, що протікають при окисленні органічних сполук, вивітрю­ванні мінералів. Газовий режим грунту тісно пов'язаний з атмосферою, хоча склад ґрунтового повітря може помітно відрізнятись від атмосфери.

Захисна — грунтоутворюючий процес, що протікає бесперервно в значній мірі впливає на вивітрювання гірських порід, їх руйнування, пере­творення в землисті маси та швидкість їх переносу в результаті ерозійних процесів. Земна поверхня покрита рослінністю значно повільніше руйну­ється, еродується та перевідкладується. Ерозійні процеси під рослинністю протікають в 20-30, а то і в 100 разів повільніше, як на відкритій поверхні. Тому можна говорити, що родючі грунти відіграють захисну роль і викону­ють функцію регулятора у великому кругообігу речовин, це впливає і на інші геологічні процеси в природі.