Понятие термина «почва», почва как элемент биосферы

Почва – поверхностный слой коры Земного шара, играющий большое значение в жизни человека. Почва – это поверхностная часть литосферы, сформировавшаяся после появления жизни на Земле под влиянием климата, растительных и почвенных организмов. Почва – неотъемлемое звено кругооборота веществ в природе – элемент ее биосферы.

2. Экологическое значение почвы:

• Экологическая характеристика свойств почвы

Можно сказать, что почва – живой покров Земли. Почва формирует химический состав потребленных человеком продуктов питания, питьевой воды и, отчасти, атмосферного воздуха. Человек, включаясь через почву в биогеоценоз данной экосистемы, формируется как соответствующий адаптивный тип (как нами рассмотрено ранее – существует 4 типа) в виде национальных признаков, наиболее приспособленный к выживанию в условиях данного климата и местности. Человек, переселившийся в другой климатический пояс, через десятилетия приближается к облику местного населения (по уровню обмена веществ, составу пищеварительных ферментов, функционированию сердечно-сосудистой, легочной и других систем). Почва через пищу, воздух и воду активно влияет на этот адаптивный процесс. Таким образом, в экологическом плане почва – это важнейшее зкологическое звено, которое через климат, пищу, воздух и воду обеспечивает выживание человека в данной местности, формирует его здоровье, болезненный статус и срок жизни. Кроме того, почва – это поглотитель всего живущего на Земле. Постоянно загрязняясь и самоочищаясь, почва является непременным участником биологического круговорота живых существ на Земле. В Библии сказано: «Из праха пришел – в прах и уйдешь».

• Химический состав почвы

Почва состоит из минеральных, органических и органо-минеральных комплексов, соединений, почвенных растворов, воздуха, почвенных микроорганизмов, насекомых, животных и загрязнителей.

Для гигиенической оценки почвы важно знать ее естественный химический состав.

Минеральные вещества составляют 60-80% - это кремнозем, кварц, алюмосиликаты. Особый интерес имеется к микроэлементам – F, J, Mn, Se - их повышенное или пониженное содержание влияет на формирование естественных геохимических провинций с их эндемическими заболеваниями (флюороз, кариес, эндемический зоб). Гигиеническая оценка степени загрязнения почвы неорганическими соединениями основана на сравнении их содержания с ПДК, например: Cr - 0,05; Hg - 2,1; Pb - 20,0; Мg - 1500,0; As - 45,0 мг/кг почвы.

Органические вещества представлены в почве (1) собственно органическими кислотами (гуминовыми и др.), (2) веществами, синтезированными почвенными микроорганизмами, называемыми гумусом, и (3) чужеродными для почвы веществами, поступающими извне. В гуминовых веществах сосредоточены огромные запасы углерода Земли.

Все останки растений и животных, поступающие в почву, перерабатываются почвенной флорой и фауной. На возможности почвы к переработке попавших в нее органических веществ и на уровень происшедшей переработки указывает степень переработки органических веществ в гуминовые вещества, о чем судят по коэффициенту гумификации, который определяется по формуле:

^{углерод гумуса} ____________ _{норма: 1-2}

^{углерод растительного происхождения}

О загрязнении почвы судят по общему азоту почвы и числу Хлебникова.

Если содержание общего азота в конкретном месте возрастает в 2-3 раза, то говорят о загрязнении почвы. О степени загрязнения почвы органическими веществами свидетельствует соотношение азота гумуса (переработанных веществ) ко всему органическому азоту, находящемуся в почве:

число Хлебникова ₌ ^{азот гумуса} норма = 0,98-1,0

^{весь органический азот}

Чем чище почва, тем это число ближе к 1,0.

Большую роль играет влажность почвы. Только в ней передвигаются все химические вещества, происходят химические и биологические процессы, осуществляющие самоочищение почвы и снабжение питанием всего в ней и на ней живущего.

• Самоочищение почвы

Почва является важной составной частью биосферы, в которой происходит обезвреживание (детоксикация) основной массы поступающих в нее органических веществ: растений, деревьев, насекомых, животных – это белки, жиры, углеводы (Б,Ж,У) и продукты их обмена. Они распадаются до образования неорганических веществ – этот процесс называется минерализацией. В результате этого в почве образуется новое органическое вещество – гумус (греч. – перегной). А этот процесс называется гумификацией. Гумус не пахнет, медленно разлагается на составные части, которые усваивают растения. Он очень необходим растениям для полноценного роста.

Вместе оба процесса – минерализация и гумификация, направленные на восстановление первоначального состояния почвы, получили название процессов самоочищения почвы. Это сложный процесс, зависящий от химического состава почвы, ее физических свойств (пористости, воздухо- и влагопроницаемости (например, песок, глина и т.д.), обеспечивающих доступность воздуха и воды, состава микрофлоры и фауны почвы.

Переработка чужого для почвы органического вещества может осуществляться в аэробных и анаэробных условиях. И в тех, и в других условиях «работают» специально приспособленные для этих процессов организмы. Так процесс переработки в аэробных условиях называется гниением и осуществляется насекомыми, червями, грибами и, в основном, микроорганизмами. В анаэробных условиях органические вещества разлагаются неспороносными гнилостными микроорганизмами, вызывающие брожение.

Таким образом, при гниении (аэробном процессе) этапы очищения почвы состоят из: 1) аэрации (оксигенации) – поглощения кислорода; 2) минерализации – распада Б,Ж,У с образованием минеральных веществ и 3) гумификации – синтеза нового органического вещества - гумуса. При этом процессе переработки всегда выделяется тепло – энергия, способствующая размножению соответствующих насекомых и микроорганизмов. У человека процесс гниения наблюдается при застойных процессах в толстом кишечнике (запорах).

Очищение почвы путем брожения (анаэробном процессе) идет с поглощением энергии и образованием зловонных или горючих газов (метана, водорода, аммиака, меркаптанов и др.). Этот же процесс имеет место в кишечнике человека при «несварении желудка».

Рассмотрим процессы переработки Б,Ж,У в аэробных и анаэробных условиях.

Углеводы – в аэробных и анаэробных условиях окисляются до углекислого газа и воды, образуются карбонаты. Этот процесс называется карбонификацией. Часть углеводов идет на строительство организмов – микробов, насекомых, червей.

Жиры – в аэробных условиях медленно окисляются до образования глицерина, жирных кислот, серной кислоты и сульфатов, фосфорной кислоты и фосфатов – процессы сульфидизации и фосфатизации. В анаэробных условиях разложение идет до углекислого газа, водорода (горит с образованием воды - огни на могилах), сероводорода и зловонных газов.

Белки при анаэробном процессе разлагаются до аммиака. При аэробном процессе вначале также образуется аммиак, но в присутствии кислорода переводится микроорганизмами в азотистую кислоту и нитриты, затем при дальнейшем контакте с кислородом – в азотную кислоту и нитраты. Этот окислительный процесс минерализации белков называется нитрификацией и имеет гигиеническое значение: по нему судят о времени попадания белков в почву. При свежем загрязнении – в почве больше аммиака или нитритов, при старом – нитратов. Этими минералами питаются растения и микроорганизмы, строя свои телесные оболочки. Параллельно, другие микроорганизмы восстанавливают нитраты до аммиака и свободного азота. Этот обратный процесс идет с выделением этих газов и называется денитрификацией, вызывающей обеднение почвы полезными азотистыми веществами. То есть, в почве идут одновременно два параллельных процесса: более быстрый – нитрификации и более медленный – денитрификации.

• Геоэндемические заболевания

Природный состав почвы является характерной особенностью данной местности. Гигиеническое значение состава почвы таково, что он определяет набор элементов в пище людей данного региона. И если все вещества находятся в достаточном количестве, то народ растет здоровый. Но часто в почве не хватает каких-либо элементов. Так на большей части России – фтора и йода. В Мурманской области – избыток фтора. И это ведет к эндемическим заболеваниям – флюорозу (избыток фтора), кариесу (недостаток фтора), к преждевременному старению и эндемическому зобу (недостаток йода). Имеются почвы с естественным высоким содержанием селена. В этом случае почва является ощелоченной и выращенные на ней растения содержат повышенное количество селена, что вызывает щелочную болезнь скота и отравление людей. Повышенное содержание мышьяка ведет к заболеванию раком желудка; молибдена – молибденовой падагре и раку пищевода. Это естественно эндемические почвы, проживание на них ведет к массовым «местным» - эндемическим заболеваниям. Профилактикой геоэндемических заболеваний служит или добавление в пищу недостающих веществ (йод, фтор, селен), или включение в рацион питания дополнительной пищи, полученной из других регионов, благополучных по этому веществу.