Глава 1. Земельные ресурсы

1.1. Литосфера и ее основные экологические функции

Земельные ресурсы планеты являются одним из элементов формирующей биосферу литосферы – верхней оболочки Земли, постепенно переходящей с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества и включающей земную кору и верхнюю мантию Земли (Реймерс, 1990).

Масса земной коры составляет 0,8 % массы всей Земли. Средняя плотность вещества земной коры 2,8 г/см3. Средняя толщина ее – приблизительно 30 км, с колебаниями 4–6 км под срединными океаническими хребтами и некоторыми абиссальными впадинами и до 55–70 км – под молодыми складчатыми горами.

В земной коре сверху вниз выделяют три слоя:

♦ осадочный, в котором преобладают глины, глинистые сланцы, песчаные, карбонатные и вулканогенные породы. Толщина осадочного слоя изменяется от 20–25 км в глубоких впадинах до практически полного его отсутствия на кристаллических щитах;

♦ гранитный, состоящий из таких пород, как граниты, гнейсы, гранодиориты, диориты, кристаллические сланцы, амфиболиты. Этот слой отсутствует под океанами, а на континентах его мощность достигает нескольких километров;

♦ базальтовый, сложенный кристаллическими породами основного состава, более плотными по сравнению с гранитным слоем. Под континентами его мощность составляет 15–40 км, а под океанами – 2–7 км (Голубев, 1999).

Земная кора совместно с верхней мантией образует тектоносферу – тот слой, в котором происходят основные тектонические движения и деформации, приводящие к изменению рельефа земной поверхности и океанического дна.

Литосфера лежит на астеносфере – более слабой, более горячей и более глубокой части верхней мантии. Граница между литосферой и астеносферой определяется различием на воздействие напряжения: литосфера остается жесткой в течение очень длительного геологического времени и деформируется разломами, в то время как астеносфера деформируется вязко и пластично. Литосфера разбита на тектонические плиты. Самая верхняя часть литосферы, что вступает в химическую реакцию с атмосферой, гидросферой и биосферой через процесс формирования почвы, называется педосферой.

Понятие о литосфере как о прочном внешнем слое Земли было разработано Джозефом Барреллом, который в ряде научных работ ввел основные понятия, термины и определения. Его концепция была основана на наличии значительных аномалий силы тяжести на континентальной коре. Исходя из этого, ученый сделал вывод, что должен существовать прочный верхний слой (литосфера) над более слабым текучим слоем (астеносфера).

Эти идеи были расширены геологом Реджиналдом Олдуортом Дэли в его основополагающей работе «Сила и строение Земли» (1940) и приняты геологами и геофизиками. Хотя представления о литосфере и астеносфере были разработаны задолго до этого, сама теория тектонических плит была сформулирована только в 1960-х гг. Понятия о том, что существует прочная литосфера и что она опирается на более слабую астеносферу, имеют важное значение для этой теории.

Существует два типа литосферы:

♦ океаническая литосфера, которая связана с океанической корой и существует в океанических бассейнах;

♦ континентальная литосфера, которая связана с континентальной корой.

Океаническая литосфера, как правило, имеет толщину около 50–100 км (но под срединно-океаническими хребтами она не толще, чем кора), в то время как континентальная литосфера – 40–200 км, верхний слой типичной континентальной литосферы толщиной 30–50 км является корой. Мантия литосферы состоит в основном из перидотитов.

Самые верхние горизонты литосферы находятся в совместном и взаимосвязанном взаимодействии с другими геосферами – атмосферой, гидросферой, биотой. В результате такого взаимодействия на поверхности литосферы образуется кора выветривания – совместный продукт деятельности воды, воздуха и живых существ. Именно на ней развиваются почвы. Мощность коры выветривания и ее строение подчиняются в целом закону географической зональности, устанавливающему, что в разных географических широтах повторяются географические зоны, обладающие определенными общими свойствами.

На суше литосфера покрыта педосферой (почвенный комплекс), биотой (растительность и животный мир) и криосферой (зона вечного льда и снега).

Сквозь почву и кору выветривания в литосфере происходит активный газообмен с атмосферой. Существует обмен между литосферой и гидросферой. Неоднородность литосферы является следствием всей геологической истории развития планеты Земля, т. е. энергетического взаимодействия основных противоположно направленных процессов – саморегулирования и поступательной эволюции. Расходуемую на геологические и биологические процессы энергию наша планета получает преимущественно из одного источника – Солнца. Однако в самой литосфере имеются также собственные источники энергии, прежде всего такие, как реакции распада радиоактивных элементов, протекающие с выделением огромного количества теплоты.

Непрерывное поступление энергии в той или иной форме в литосферу обусловливает неравновесность ее энергетического состояния, что проявляется землетрясениями, процессами горообразования, текучести рек, образования и исчезновения морей, изменения рельефа и ландшафта и т. д.

Наряду с энергией литосфера поглощает большое количество вещества в виде паров, газов, жидкой магмы из мантии, метеоритов из космического пространства и др. Вместе с тем земная кора отдает свои энергию и вещество в мантию и околоземное космическое пространство.

Именно непрерывный энерго- и массообмен литосферы с атмосферой, гидросферой, космическим пространством, внутренними глубинными сферами Земли является тем основным механизмом, который обусловливает протекание всех геологических и биологических процессов, наблюдаемых в литосфере и на ее поверхности.

Литосфера наряду с солнечной радиацией и космическим излучением является источником энергии, а также ее накопителем, преобразователем, поглотителем и передающей средой. Значительная часть этой энергии используется на поддержание геологических процессов и создание условий, пригодных для жизнедеятельности растительного, животного мира и человечества. Эти качества литосферы проистекают из особенностей ее строения, состояния и происходящих как внутри, так и на ее поверхности геологических процессов и реализуются через ее экологические функции.

Под экологическими функциями литосферы понимается все многообразие функций, определяющих и отражающих роль и значение литосферы, включая подземные воды, нефть, газы, геофизические поля и протекающие в ней геологические процессы, в жизнеобеспечении биоты, и главным образом человеческого сообщества (Трофимов, Зилинг, 2002).

Литосфера – среда сосредоточения природных минеральных и иных ресурсов, необходимых для функционирования и развития человечества. В связи с этим в настоящее время наибольшую значимость для рассмотрения представляют именно ее экологические функции и их преобразование под влиянием техногенеза. Классификация экологических функций литосферы приведена на рис. 1.1.

Ресурсная экологическая функция литосферы определяется ролью ее минеральных, органических, органоминеральных ресурсов, геологического пространства для жизни и деятельности биоты как в качестве биоценоза, так и человеческого сообщества как социальной структуры (Трофимов, Зилинг, 2002).

Изучение ресурсной экологической функции литосферы позволяет оценить емкость эколого-геологической системы, возможности ее регулирования для обеспечения устойчивого функционирования экосистем в целом.

Данная функция литосферы определяет комфортность существования биоты, т. е. живой составляющей биосферы, и в значительной степени возможность ее развития. Она тесно связана с социально-экономическими проблемами человеческой цивилизации и призвана обеспечить литосферно-генетическое обоснование решений по использованию той или иной территории в любых целях.

Ресурсная функция литосферы многогранна и включает в себя такие категории, как минерально-сырьевые ресурсы литосферы, необходимые для жизнедеятельности биоты (с учетом человеческого сообщества); ресурсы геологического пространства, т. е. площадь и объем, необходимые для расселения и функционирования биоты, включая человека как биологический вид и как социальную структуру.

На фоне эволюции природных геологических сред в истории Земли выделяют два этапа. Первый этап – естественно-природный, охватывающий временной период от зарождения Земли (около 3,5 млрд лет назад) до появления человеческой цивилизации. Второй этап – природно-техногенный, охватывающий временной интервал порядка 200 лет и являющийся в основном порождением техногенеза.


Рис. 1.1. Классификация экологических функций литосферы (Трофимов, Зилинг, 2002)


Ресурсы литосферы на первом этапе создавались и накапливались исключительно за счет естественных геологических и космических процессов. На этом этапе возникли все известные минеральные ресурсы и топливно-энергетический потенциал литосферы.

Со вторым этапом связано коренное изменение сущности ресурсной функции литосферы, вызванное тем, что период накопления ресурсов сменился периодом интенсивного и всепрогрессирующего их потребления, включая и ресурсы невозобновляемые, а также дефицитом геологического пространства, наиболее ощутимого в малых по площади странах Европы с большой плотностью населения.

Геодинамическая экологическая функция литосферы отражает свойства литосферы влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные процессы и явления (Трофимов, Зилинг, 2002).

Данная функция реализуется через проявление опасных и катастрофических геологических процессов, таких как извержения вулканов, землетрясения, сели, лавины и другие, а также влияние на биоту геодинамических и геопатогенных зон.

На первом временном этапе геологической истории геодинамическая функция была связана исключительно с естественными планетарными и космическими процессами, тогда как на втором этапе наибольшую роль в формировании геодинамической экологической функции играет техногенное воздействие, с которым связаны интенсификация и динамика деструктивных процессов литосферы.

Техногенез не только вызывает негативные процессы или активизирует природные, но в ряде случаев позволяет снижать их мощность и локализирует их на определенной территории. Это является специфической чертой геодинамической функции литосферы в техногенезе, позволяющей управлять экзогенными геологическими процессами с помощью современных мер инженерной защиты территорий, объектов, зданий и сооружений. Кроме того, необходимость разработки более совершенных способов и технического оснащения защитных мер стимулирует развитие науки и технический прогресс.

Геохимическая и геофизическая экологические функции литосферы ранее рассматривались как единая геофизико-геохимическая функция, имеющая четкую медико-биологическую направленность. Однако в настоящее время в связи с различием природы этих функций они должны рассматриваться как самостоятельные факторы.

Геофизическая экологическая функция связана с природными и техногенными физическими полями и их специфическим воздействием на биосферу, а геохимическая экологическая функция – с вещественным составом литосферы, геохимическими полями и аномалиями химической природы.

Геофизическая экологическая функция литосферы отражает свойства геофизических полей (неоднородностей) литосферы природного и техногенного происхождения влиять на состояние биоты, включая человека (Трофимов, Зилинг, 2002).

Экологические функции литосферы являются проявлением большого геологического цикла, или цикла эрозии, – седиминтации.

Взаимодействие литосферы с другими компонентами биосферы (атмосферой, гидросферой и биотой) происходит в рамках глобального круговорота вещества и энергии. Вследствие экзогенных процессов биогеохимического круговорота продукты коры выветривания, разрушающейся под действием природных и техногенных факторов, перемещаются под воздействием силы тяжести, при участии воды и ветра, ледников, других агентов; причем в любой точке Земли процессы расходования и накопления вещества находятся в тесном взаимодействии.

Процессы в недрах Земли (эндогенные процессы) приводят в конечном счете к вертикальным и (или) горизонтальным тектоническим движениям и к проявлению вулканической деятельности, сопровождающимися выносом на земную поверхность и в верхние слои литосферы большого количества твердого материала (цв. вкл., фото 1, 2).

За счет взаимодействия экзогенных и эндогенных процессов в литосфере формируется рельеф Земли.

В областях преимущественного накопления твердого вещества осадочные и вулканогенные породы постепенно опускаются. По мере погружения в течение длительного геологического времени они подвергались воздействию значительных и увеличивающихся с глубиной давлений и температур, а также глубинных растворов веществ и таким образом метаморфизировались в минералы и другие полезные ископаемые. Часть магмы, образующейся в результате этих процессов, прорывалась ближе к земной поверхности и преобразовывалась в кристаллические породы. Вулканогенные породы отлагались в виде глубинных интрузий и лав, излившихся на земную поверхность.

В областях горообразования вертикальные тектонические движения поднимали на большую высоту кристаллические и метаморфизированные породы, которые впоследствии под действием природных сил снова разрушались и сносились. В самом верхнем слое земной коры, в зоне гипергенеза, кристаллические породы разрушаются, снова формируя коры выветривания и тем самым замыкая цикл. Так выглядит большой геологический круговорот, который до недавнего времени занимал миллионы и десятки миллионов лет (цв. вкл., фото 3–5).

В результате протекания большого геологического круговорота сформировался географический облик Земли, образовались все известные рельефы, ландшафты и полезные ископаемые.

Последние 200 лет человек активно влияет на эндогенные и экзогенные процессы геологического круговорота и выступает основной геологической силой, изменяя своей деятельностью рельеф, ландшафт, химические и физические факторы окружающей среды.

1.2. Земельные ресурсы мира

Земельные ресурсы мира – это сельскохозяйственные и другие земли, которые используются или могут быть использованы при данном уровне развития производительных сил общества в разных отраслях деятельности человека (сельское, лесное, водное хозяйство, строительство населенных пунктов, дорог и т. д.). На рис. 1.2 показана общая структура территории Земли.


Рис. 1.2. Общая структура территории Земли (Клебанович, 2012)


Территориально распределение мировых земельных ресурсов весьма неоднородно (табл. 1.1).


Таблица 1.1. Структура мировых земельных ресурсов (Клебанович, 2012)


Территориальные ресурсы – пространственная составляющая природных ресурсов, лимитирующая трудовую деятельность людей, рост численности человечества и многие другие показатели. Они относятся к незаменимым, невозместимым и невозобновляемым ресурсам (Реймерс, 1990).

В соответствии с Кодексом Республики Беларусь о земле от 23.07.2008 г. № 425-3 земельные ресурсы – земли, земельные участки, которые используются или могут быть использованы в хозяйственной или иной деятельности.

В настоящее время термин «земельные ресурсы» является сложным понятием, которое можно определить как природно-социальное образование, характеризующееся признаками пространственного и интегрального ресурса: протяженностью, рельефом, недрами, водами, почвенным покровом, биотой, а также являющееся объектом хозяйственной деятельности и расселения. Другими словами, земельные ресурсы – это совокупные ресурсы земной территории как пространственного базиса хозяйственной деятельности и расселения людей, средства производства, ее биологической продуктивности и экологической устойчивости среды жизнедеятельности.

Земельные ресурсы используются или могут быть использованы в различных отраслях хозяйственной деятельности. Они характеризуются территорией, качеством почв, климатом, рельефом, гидрологическим режимом, растительностью и т. д. Земельные ресурсы являются основой размещения объектов, главным средством производства в сельском, лесном и других хозяйствах, где важную роль играет плодородие почв.

Земельные ресурсы подразделяются на продуктивные, непродуктивные и малопродуктивные.

К продуктивным земельным ресурсам относятся пахотные угодья, сады, плантации, луга и пастбища, леса и кустарники; к непродуктивным земельным ресурсам – застроенные и нарушенные человеком земли, пески, овраги, ледники и снежники; все остальные земли – это малопродуктивные земельные ресурсы.

По целевому назначению выделяют сельскохозяйственные земли; земли лесного и водного фондов; земли промышленности, энергетики, связи, транспорта, обороны; селитебные земли для ведения космической деятельности; другие земли специального назначения.

В связи со стремительным ростом населения и нерациональным использованием мирового земельного фонда обеспеченность земельными ресурсами человечества быстро уменьшается – ежегодно около 2 % на одного человека, т. е. ежегодно теряется 6–7 млн га продуктивных земель (Клебанович, 2012).

Основной проблемой мирового земельного фонда является рост населения в сочетании с деградацией сельскохозяйственных земель, что особенно отражается на обеспеченности пахотными землями на душу населения. В некоторых странах этот показатель давно стал критическим, например в Китае на душу населения приходится 0,09 га, в Египте – 0,05 га пашни.

Однако в настоящее время на планете распахано всего лишь 11 % суши, тогда как ресурсы пашни составляют 24 % суши, или 3200 млн га (Клебанович, 2012). Ограничениями для максимально полного использования потенциальных пахотных земель являются прежде всего другие природные факторы, а также экономическая нецелесообразность освоения этих земель. Известно, что 78 % площади суши (без Антарктиды), не освоенной в сельском хозяйстве, имеют те или иные природные ограничения для развития земледелия, а из оставшихся 22 % земель 13 % отличаются низкой продуктивностью, 6 % – средней и только 3 % – высокой.

По оценкам ряда авторов, к непродуктивным землям, на которых невозможно получение биологической продукции (пустыни, ледники, реки, озера, промышленные зоны и т. д.), относится более 36 % суши, или 5,4 млрд га. На долю продуктивных, но пахотно не пригодных земель (тундра, лесотундра, засушливые и полупустынные пастбища, горные леса и др.) приходится 7 млрд га, или 47 % всей площади суши. Пахотные земли занимают 2,5 млрд га, или около 17 % суши.

В табл. 1.2 приведены природные факторы, ограничивающие развитие мирового сельскохозяйственного производства.


Таблица 1.2. Природные факторы, ограничивающие развитие мирового сельскохозяйственного производства (Клебанович, 2012)


По имеющимся данным установлено, что все наиболее доступные и плодородные земли уже распаханы, то, что имеется в резерве земельного фонда Земли, – это территории, требующие значительных капиталовложений для их освоения и улучшения плодородия, мелиорации, ирригации и других агротехнических приемов.

Однако показано, что использование малопродуктивных и непродуктивных территорий в рекреационных целях позволяет получать соответствующие доходы для освоения резерва пахотных земель в странах, регионах, континентах.

В настоящее время использование земли является динамичным процессом, причем каждый ландшафтно-географический пояс Земли характеризуется специфическим землепользованием.

Землепользование (использование земельных участков) – хозяйственная и иная деятельность, в процессе которой используются полезные свойства земель, земельных участков и (или) оказывается воздействие на землю (Кодекс Республики Беларусь о земле).

Известны такие виды землепользования, как сельскохозяйственное, промышленное, градостроительное, лесоустроительное, рекреационное и др. Различия видов землепользования определяются двумя группами факторов – природными и социально-экономическими. Среди природных факторов выделяют прежде всего климат, рельеф, почвы и растительность. При этом в каждом конкретном регионе эти факторы в различной степени влияют на тип землепользования. Чем сложнее внутреннее структурное устройство ландшафтной системы региона, тем больше имеется потенциальных вариантов организации землепользования, в том числе и рекреационного.

Социально-экономические факторы связаны с социальным, экономическим, демографическим, историческим, культурным и другими уровнями развития региона.

Рекреационное землепользование – это использование земель для целей рекреации. Земельные ресурсы являются основой размещения объектов рекреации.

В зависимости от направления рекреационной деятельности выделяют три основных типа территорий рекреационного использования:

♦ с высокой интенсивностью рекреации, на которых отсутствуют другие виды землепользования или они имеют второстепенное значение (парки, пляжи, территории санаториев, домов отдыха и т. д.);

♦ со средней интенсивностью рекреации, выполняющие одновременно некоторые экологические, производственные, иные функции (противоэрозионные леса и полосы, пригородные зеленые зоны, лесные массивы и т. д.);

♦ с незначительным удельным весом рекреации (особо охраняемые территории, национальные парки, ботанические сады и т. д.).

Рекреационное землепользование имеет достаточно большое удельное значение в общем землепользовании. Главным условием его возникновения является наличие на данном земельном участке соответствующих природных рекреационных свойств и пригодность его для организации определенного направления или комплекса направлений рекреационной деятельности.

В зависимости от ландшафтно-экологических условий земельного участка устанавливается тип рекреационного землепользования:

♦ адаптационный – использование территории исключительно в соответствии с природными свойствами без участия антропогенного компонента (например, участки дикой природы для кратковременной маршрутной туристической деятельности);

♦ смешанный – с включением антропогенного компонента в природные свойства территории (создание сезонных лагерей, баз отдыха, площадок для кратковременного отдыха, сезонных пляжей и т. д.);

♦ преимущественно антропогенный – рекреационная деятельность вызывает существенные изменения природной среды и ландшафта (строительство горнолыжных трасс, спортивных комплексов, санаториев и т. д.);

♦ техногенный – связанный с полной заменой существующих природных условий на искусственно созданные (искусственные моря, намывные пляжи, ботанические сады и т. д.).

Организацию использования земельных ресурсов в рекреационных целях следует проводить на ландшафтно-экологической основе, что позволяет создать оптимальное соотношение землепользования; установить сбалансированное соотношение между эксплуатацией, улучшением и консервацией имеющегося земельного фонда; создать условия для предотвращения или минимизации негативных природных и антропогенных процессов.

В целом рекреационное землепользование должно быть направлено на формирование упорядоченной системы использования земельного фонда, в которой обеспечиваются оптимальные условия для естественного и искусственного воспроизводства необходимых рекреационных свойств территории, создаются благоприятные организационно-территориальные условия для рекреационной деятельности, устанавливается баланс между всеми видами землепользования.

Следует отметить, что каждому ландшафтно-географическому поясу Земли присущи специфические особенности землепользования.

Землепользование в холодном поясе (от арктических территорий до среднетаежных лесов) ограничено прежде всего таким фактором, как дефицит тепла. Выращивание основных сельскохозяйственных культур в открытом грунте практически невозможно на большей части данной территории; низкая продуктивность кормовых растений ограничивает развитие в этом поясе пастбищных хозяйств. Животноводство имеет преимущественно очаговый характер, причем наибольшее значение имеет оленеводство, которое является основным местным источником продовольствия и животного сырья.

Землепользование в умеренном поясе характеризуется наличием агроландшафтов с четкой выраженной сезонностью по условиям теплообеспеченности (холодный и теплый сезоны года). Основной особенностью сельскохозяйственных культур данного пояса являются достаточно строгие требования к условиям термо- и фитопериодизма.

В Евразии, на равнинах Восточной и Западной Европы, находятся самые обширные на планете земледельческие территории. Эти регионы характеризуются наиболее высокой степенью распаханности земель (60–70 %), в то время как площади пастбищ достаточно ограничены. Животноводство преимущественно базируется не на естественных пастбищах и выгонах, а на кормовых культурах при стойловом содержании скота (Нидерланды, Голландия, Латвия, Эстония и др.) и на ограниченных культурных лугах.

В Северной Америке, в восточном приокеаническом секторе умеренного пояса находится массив земледельческих территорий, лишь немного уступающий подобному массиву Евразии. При достаточном увлажнении в теплый сезон здесь хорошо растут зерновые, бобовые, овощные культуры, корнеплоды, многолетние плодовые культуры.

Земледельческое использование территории умеренного пояса становится нерациональным или нерентабельным в горах и в условиях значительного дефицита атмосферного увлажнения. Поэтому пастбищное хозяйство этого пояса сосредоточено преимущественно на равнинах в пределах континентального сектора (зоны сухих степей, полупустынь, пустынь и ксерофитных редколесий) либо на плоскогорьях, недостаточно влажных или теплых для выращивания сельскохозяйственных культур. Пастбищные угодья занимают равнины Центральной Азии, котловины, горы и холмы Внутренней Монголии, сухие степи и полупустыни Казахстана и Прикаспия, аридные области запада США.

Для полупустынных пастбищ характерно отгонное скотоводство, при котором пастбища используются строго ограниченное время. Ландшафты полупустынь с коротким периодом вегетации эфемеров, с низкой биопродуктивностью могут быть отнесены к непродуктивным землям, хотя при организации искусственного водоснабжения возможно сельскохозяйственное земледелие определенных культур.

В субтропиках Северного полушария длительность вегетационного периода составляет порядка 200 дней в году в северных районах и является круглогодичной в южных.

В континентальном секторе теплого пояса гидротермический коэффициент не превышает 0,3, поэтому земледелие здесь возможно только при орошении. В районах муссонного климата из-за неравномерности выпадения осадков (летом – избыток в северном полушарии) при земледельческом освоении необходимо сооружение дренажной сети. На восточных окраинах материков имеются регионы с одинаково хорошей влагообеспеченностью в течение всего года, что наиболее благоприятно для земледелия.

В субтропиках почти повсеместно существует два вегетационных периода: в Европе – весенний и осенний, в остальных регионах – летний и зимний. В зимний период возделывают малотребовательные к теплу зерновые и овощные культуры; в летний период – многолетние культуры, хлопчатник, поздние сорта риса и кукурузы, цитрусовые, чай, инжир, маслины и однолетники тропического пояса.

В самых теплых районах – в северной Сахаре, Аравии, на юге Ирака, Ирана, в Калифорнии – плодоносят финиковая пальма, поздние сорта хлопчатника. Примером хорошей адаптации к термическому и влажностному режиму субтропиков может служить пшеница, которая произрастает в различных экологических условиях этого пояса. Важнейшей сельскохозяйственной культурой субтропиков, особенно на востоке Азии (а также в Мексике, Калифорнии и некоторых других районах), является рис – растение летней вегетации в условиях обильного полива.

Сочетание горного и равнинного рельефов в субтропиках обусловливает чередование здесь земледельческих и пастбищных угодий, а также наличие смешанных земледельческо-пастбищных угодий. Пастбищные угодья теплого климатического пояса расположены в засушливых районах, где базируются на скудных фитоценозах пустынь и полупустынь. Рост поголовья животных, увеличение нагрузки на пастбища приводят к внедрению пастбищного хозяйства в лесные ландшафты горных склонов, что крайне вредит этим ландшафтам. Важной экологически значимой особенностью современного состояния пастбищного хозяйства субтропиков является то, что кочевое скотоводство уступает место отгонному пастбищному.

Землепользование в тропиках обеспечивается значительными ресурсами тепла (сумма активных температур более 8000 °С) и высокой влажностью.

Вегетация растений в течение всего года является непрерывной при почти низменной напряженности биологических процессов. Земледелие в этих условиях основывается на многолетних древесно-кустарничковых и однолетних скороспелых культурах, позволяющих получать несколько урожаев в год.

Основным лимитирующим фактором землепользования в тропиках является рельеф, так как значительные площади заняты горами и высокими нагорьями. Состав сельскохозяйственных культур в этих районах меняется с высотой от тропических культур к культурам умеренного пояса. Наиболее высоко в горах Азии, Африки, Южной Америки выращиваются ячмень и пшеница, однако большая часть горных районов жаркого пояса – это пастбища (в сухих районах) или леса (приэкваториальные области).

В районах избыточного увлажнения (Филиппины, Малайзия, Большие Зондские острова, впадина Конго, Западная Амазония) некоторые растения плодоносят в течение всего года. Здесь же распространены культуры, не переносящие сухого сезона (масличная пальма, гевея, маниок). Другие культуры, такие как кофе, хлопчатник, какао, табак, нуждаются в сухом периоде созревания.

Большинство растений во влажных районах экваториального пояса очень чувствительны к прямому солнечному свету, богатому инфракрасными лучами, и саженцы теплолюбивых растений (масличная пальма, хинное дерево) гибнут от ожогов. При выращивании целого ряда культур требуется затемнение.

Наиболее рациональное направление землепользования влажных тропиков – это возделывание многолетних плантационных древесно-кустарниковых культур. Перспективны плантации, имитирующие природные экосистемы влажнотропических лесов (смешанные посевы). Довольно широко распространено возделывание риса.

Зона достаточного увлажнения (с 2–5 сухими или засушливыми месяцами) соответствует субэкваториальному географическому поясу. Эти районы являются наиболее благоприятными для животноводства и земледелия.

Однако проблема эрозии почв стоит здесь очень остро, особенно ввиду того, что в данных регионах преобладают традиционные формы сельского хозяйства.

Равнины этих регионов, где могут выращиваться даже влаголюбивые культуры (рис, гевея), представляют собой основную часть пахотных угодий жаркого пояса. Напряженность и характер сельскохозяйственных работ регулируются чередованием сухих и влажных периодов. Даже для районов, наиболее обеспеченных осадками, нужны системы орошения на случай засух или других неблагоприятных климатических явлений.

Муссонные тропики Азии характеризуются наивысшей плотностью населения среди тропических районов.

По мере приближения от экватора к тропикам с увеличением сухости климата земледелие сменяется пастбищным хозяйством. Пастбища расположены на равнинах в пределах континентального сектора в зоне саванн и редколесий субэкваториального пояса. Это обширные территории Аравийского полуострова, юга Иранского нагорья, северо-запада Индии, Сахель, окраины Калахари и Намиб. Часто пастбища мозаично переплетаются с земледелием.

Биопродуктивность пастбищ континентальных районов тропического пояса достаточно низкая, а нагрузки значительны, что и является одной из основных причин усиливающегося опустынивания. Растительный покров разрежен и флористически беден; в растительных сообществах мало эфемеров, особенно ценных в скотоводстве. Время выпаса ограничено и обычно не превышает 5–6 месяцев.

В аридных районах тропиков орошаемые земли, используемые в земледелии, всегда будут составлять лишь небольшую часть общей площади, пригодной далеко не полностью для пастбищного животноводства. Аридные почвы по большей части в той или иной степени засолены. Эти районы характеризуются небольшим числом видов животных организмов, слабой защитной способностью растительности, нерегулярным характером колебаний климатических условий, низкой биологической продуктивностью, бедными органическим веществом почвами, подверженными всем видам деградации. Наиболее экологически адаптировано к подобным условиям кочевое скотоводство.

Отличительная особенность экологической среды тропиков состоит в том, что отрицательное влияние хозяйственной деятельности распространяется на большие территории, вызывая такие явления, как обезлесение, осаваннивание и опустынивание на обширных территориях. Вредные последствия подсечной системы земледелия ощущаются далеко за пределами районов, где она практикуется, и выражаются в истощении водных ресурсов, загрязнении речных вод, усилении наводнений, заилении и эвтрофикации водоемов.

Как было показано ранее (см. табл. 1.2), земельные ресурсы распределены на Земле неравномерно не только по зонам, но и по частям света.

На долю обрабатываемых земель в Европе приходится 27 % земельных ресурсов. В сельскохозяйственное пользование в большей степени вовлекались широко- и жестколиственные леса субтропиков, серые лесные почвы и степные черноземы.

В Азии выделяются два основных массива распаханных земель – Северный Казахстан и Южная Сибирь; равнины, низменности и плато муссонной Азии от Индии до Китая.

В сухих районах Азии, на Ближнем и Среднем Востоке земледелие издревле основано на ирригации, а обрабатываемые земли встречаются пятнами.

Большая часть этих районов представляет собой пастбища, протянувшиеся непрерывным поясом от Малой Азии до Монголии. Для Азии характерно наличие значительных территорий, отнесенных к категории прочих земель (пустыни, высокогорья и др.).

В Африке основным видом использования земельных ресурсов также являются пастбища, занимающие порядка 27 % территории. Во многих частях Африки плужное земледелие до настоящего времени отсутствует в силу исторических причин. Во влажно-лесном поясе господствует подсечно-огневая система земледелия с мотыжной обработкой небольших делянок. Полевые агроландшафты распространены на северной и южной окраинах Африки и в Эфиопии. Из-за присутствия мухи цеце в экваториальной Африке в первую очередь осваивались водоразделы, а долины как основные места обитания опасного для человека и скота насекомого почти безлюдны и заняты галерейными лесами.

Огромные территории в Африке относятся к категории прочих земель (44 %), которые представлены пустынями (Сахара, Калахари и Намиб). Вместе с тем более половины земель используется в сельском хозяйстве Восточной (50,3 %, в том числе пашни – 8,6 %) и Южной Африки (54,6 % и 5,8 % соответственно), тогда как в Северной и Центральной Африке – менее 20 %.

При сравнительно небольшой общей освоенности территорий США (20 %) и Канады (около 7 %) равнины востока США и юга Канады характеризуются высокой степенью освоенности: зона прерий используется на 80 %, а зона широколиственных лесов – на 60 %. Здесь отмечаются преимущественно монокультурные полевые ландшафты, образующие почти сплошные ареалы (кукуруза, пшеница и др.). Однако в последнее время отмечается все больший рост территорий со смешанными посевами, расширяются рекреационные и городские ландшафты. Большая часть пастбищных угодий США (до 70 %) расположена в западной и южной частях страны. Обширные пространства севера Канады отнесены к категории прочих земель.

Более половины площади Латинской Америки приходится на долю лесов, обрабатываемые земли занимают 7 % территории, а пастбища – порядка 26 %. При неуклонном возрастании доли пастбищных и пахотных земель отмечается уменьшение лесных территорий. Значителен ущерб лесному фонду от практики подсечно-огневого земледелия, которую использует половина сельского населения Латинской Америки.

К настоящему времени в Австралии не освоено только 25 % территории (песчаные и каменистые пустыни и переувлажненные леса севера). Полевые и садово-плантационные ландшафты занимают всего около 6 % площади континента, а остальное – это пастбища, лесные и прочие земли.

Наряду с естественными пастбищами полупустынь и редколесий большие площади находятся под искусственными пастбищами сухих степей и саванн, на которых проводятся перепашка, орошение, внесение удобрений, засевание травами и другие мелиоративные и агротехнические мероприятия. Эти пастбища во многом напоминают земледельческие ландшафты.

Среди прочих земель мира велика доля территорий, выпадающих из хозяйственного использования в результате нерационального непродуманного использования, таких как бедленды (вид сухого рельефа с глиняными почвами, состоящего из сети холмов с узкими гребнями, пересеченных оврагами, не пригодного для хозяйственной деятельности), области антропогенного карста, заброшенные нерекультивируемые карьеры, засоленные и заболоченные земли, подвижные пески и районы сброса промышленно-бытовых отходов. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО) в категории прочих земель находится около 200 млн га продуктивных, резервных для сельскохозяйственного освоения земель. В Азии таких земель около 60 млн га, в Африке – 70 млн га, на Американском континенте – также около 70 млн га. Освоение этих земель потребует значительных капиталовложений.

В настоящее время четко прослеживается тенденция в изменении земельных ресурсов мира, выражающаяся в наступлении городских и сельских территорий и горно-промышленно-транспортных комплексов на пахотные земли, которые в свою очередь расширяются за счет пастбищ, а площади последних растут за счет лесов и пустынь. Следствием этого является постоянное сокращение площади лесов на Земле и рост пустынь. Для определения вида землепользования наиболее важны оценка состояния почвы и почвенное плодородие.

1.3. Почвы и почвенное плодородие

1.3.1. Почвы и их роль в природе

Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку – педосферу.

Педосфера – это слой литосферы, в котором происходят почвообразовательные процессы. Является частью террабио-сферы, она состоит из почвы и лежащих под ней подпочвы и коры выветривания. В образовании педосферы принимают участие литосфера, атмосфера и живое вещество биосферы.

На рис. 1.3 показано место педосферы в системе земных геосфер.


Рис. 1.3. Место педосферы в системе земных геосфер (Ковда, Розанов, 1988)


По В.И. Вернадскому, почва – это биокосное тело, состоящее одновременно из живых и косных (неорганических) тел – минералов, воды, воздуха, органических остатков.

В современном представлении почва – это обладающая плодородием сложная полифункциональная и поликомпонентная открытая многофазная структурная система в поверхностном слое коры выветривания горных пород, являющаяся комплексной функцией горной породы, организмов, климата, рельефа и времени (Ковда, Розанов, 1988).

Таким образом, почва является многофазной системой, включающей твердую, жидкую, газообразную и живую фазы в отличие от всех других природных тел.

Почва играет огромную роль в функционировании и формировании биосферы, так как обладает рядом глобальных экологических функций.

1. Почва обеспечивает существование жизни на Земле – вся биомасса живого вещества биосферы создается в конечном счете за счет элементов питания и воды, находящихся и поступающих в биосферу из почвы.

2. Почва обеспечивает постоянное взаимодействие малого биологического и большого геологического круговоротов вещества и энергии на земной поверхности.

Первичные горные породы подвергаются выветриванию, в верхней части коры выветривания формируется собственно почва, аккумулирующая элементы минерального питания и воду, необходимые для развития живых организмов. Эти элементы используются живой компонентой почвы и через ряд промежуточных трофических циклов (растения – животные – микроорганизмы) снова возвращаются в почву. Этот процесс формирует малый биологический круговорот.

Именно из почвы минеральные элементы частично выносятся атмосферными осадками в гидрографическую сеть, в зоны аккумуляции и в конечном счете в Мировой океан, где дают начало образованию осадочных горных пород, как за счет седиментации в донных грунтах, так и за счет аккумуляции в живых организмах. В дальнейшем эти осадочные горные породы могут либо снова выйти на поверхность, либо подвергнуться глубинному метаморфизму. Таков большой геологический круговорот вещества.

Таким образом, почва является связующим звеном и регулятором взаимодействия двух основных жизнеобеспечивающих процессов на планете.

3. Почва регулирует химический состав атмосферы и гидросферы.

Известно, что почвенное «дыхание», фотосинтез и дыхание живых организмов играют основную роль в создании и поддержании необходимого для земной жизни состава приземного слоя атмосферного воздуха и атмосферы в целом.

Почва как природное образование создавалась тысячелетиями. Например, возраст черноземов и темно-каштановых почв составляет 2500–3000 лет; светло-каштановых, серых и бурых лесных – 800–1000 лет; торфяно-глеевых, горно-луговых, лугово-каштановых – 500–800 лет; подзолистых почв – 1500 лет.

В.В. Докучаевым выделены следующие факторы почвообразования: климат, рельеф, время, хозяйственная деятельность человека, материнские породы, растительный и животный мир. Косвенным фактором является рельеф, влияющий на изменение воздействия на почву климатических условий, зависящих в значительной мере от высотных отметок почвенного слоя.

К числу важнейших факторов, оказывающих прямое влияние на почвообразование, относится климат. С ним связаны тепловой и водный режимы почвы, от которых зависят биологические и физико-химические почвенные процессы.

Под тепловым режимом понимают совокупность процессов теплообмена в системе «приземный слой воздуха – почва – почвообразующая порода». Тепловой режим обусловливает процессы переноса и аккумуляции теплоты в почве. Характер теплового режима определяется главным образом соотношением поглощения радиационной (лучистой) энергии Солнца и теплового излучения почвы. Он зависит от окраски почвы, характера поверхности, теплоемкости, влажности и других факторов. Заметное влияние на тепловой режим почвы оказывает растительность.

Водный режим почвы в основном определяется количеством атмосферных осадков и испаряемостью, распределением осадков в течение года, их формой (при ливневых дождях вода не успевает проникнуть в почву, стекает в виде поверхностного стока).

Климатические условия оказывают влияние на такие факторы почвообразования, как почвообразующие породы, растительный и животный мир и др. С климатом связано распространение основных типов почв.

Рельеф – один из факторов перераспределения по земной поверхности теплоты и воды. С изменением высоты местности меняются водный и тепловой режимы почвы. Рельефом обусловлена поясность почвенного покрова в горах. С особенностями рельефа связаны характер влияния на почву грунтовых, талых и дождевых вод, миграция водорастворимых веществ.

К числу факторов почвообразования относится время – необходимое условие для любого процесса в природе. Абсолютный возраст почв Восточно-Европейской равнины, Западной Сибири, Северной Америки и Западной Европы, определенный радиоуглеродным методом, – от нескольких сотен до нескольких тысяч лет.

Существенным фактором почвообразования, особенно в последнее время, является также хозяйственная деятельность человека.

Процесс почвообразования тесно связан с физическим и химическим выветриванием горных пород. При выветривании горных пород создается элювий – кора выветривания различной мощности, состава, условий залегания и степени влажности. В этом длительном процессе кроме физических и химических факторов важную роль играют также биологические факторы.

Кора выветривания является исходным субстратом для почвообразования, которое начинается с момента поселения на этом субстрате микроорганизмов. В результате жизнедеятельности микроорганизмов извлекаются минеральные компоненты из субстрата и выделяются органические кислоты, что создает условия для поселения пионеров растительности – лишайников. Не требовательные к условиям жизни лишайники продолжают функционировать и обогащать подстилающие минеральные горизонты органическими соединениями. На обогащенной питательными веществами почве заселяются высшие растения и животные. В результате их жизнедеятельности в почве постепенно накапливаются специфические органические вещества, обеспечивающие ее плодородие, в частности гумус.

Важнейшим свойством почвы является плодородие, т. е. способность обеспечивать условия для продуцирования растениями органического вещества. Плодородие почв обусловлено их физическими, химическими и биологическими свойствами.

К физическим свойствам почвы относятся гранулометрический состав, относительная рыхлость структуры, водопроницаемость, аэрируемость, отсутствие света, малая амплитуда колебания температуры, незначительный объем почвенного воздуха.

Химические свойства почвы обусловлены наличием минеральных веществ, реакцией среды, засоленностью.

Биологические свойства почвы определяются наличием различных живых организмов в пахотном слое почвы.

Почва состоит из хорошо выраженных слоев, обычно различающихся по цвету, которые называются почвенными горизонтами. Они образуются и развиваются в результате сложнейшего взаимодействия растений, животных, микроорганизмов и элювинированных (выветренных) горных пород.

По специфическим свойствам и химическому составу выделяют следующие основные почвенные горизонты:

♦ перегнойно-аккумулятивный горизонт – самый верхний, темноокрашенный, богатый гумусом, содержащий основную массу корней растений, почвенных животных и микроорганизмов;

♦ горизонт вымывания (элювиальный) – в нем накапливаются, аккумулируются и преобразуются вещества, поступающие из верхнего горизонта;

♦ иллювиальный горизонт, в пределах которого поступающие из верхних горизонтов органические кислоты вступают в химические реакции с минералами;

♦ материнская порода (почвообразующий горизонт) – материал ее постепенно преобразуется в почву.

Горизонты почв, отличающиеся по свойствам, формируют вертикальный почвенный профиль.

Мощность почвы характеризует степень близости подстилающей материнской породы – подпочвы, влияющей на распространение корней.

Почва относится к основным биологическим экологическим факторам существования и формирования биосферы – эдафическим, которые характеризуются и определяются ее механическим и химическим составом, рыхлостью, структурой, водопроницаемостью, влажностью, аэрируемостью.

Состав почвы. Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой, газообразной.

Твердая фаза занимает около 50 % объема почвы. Остальную часть занимают поры, заполненные водой или воздухом. Твердую фазу почвы формируют частицы различных размеров: от обломков пород, достигающих десятков сантиметров, до коллоидных частиц в сотые доли микрона. Благодаря малым размерам коллоиды почвы имеют огромную суммарную поверхность (6000 м2 в 1 см3 почвы). Этим свойством объясняется высокая адсорбционная способность коллоидов – способность удерживать подвижные соединения химических элементов.

Важнейшей частью почвы является гумус, состоящий из гуминовых кислот, фульвокислот и гуминов. Наличием гумуса определяются структура и водоудерживающая способность почвы, ее кислотность, питательная ценность. Деление почв на подзолистые, сероземы, черноземы основано прежде всего на содержании гумуса, которое в различных почвах колеблется от 1 % (подзолы и сероземы), 7–8 % (обыкновенные черноземы) и до 12 % (тучные черноземы).

По гранулометрическому составу в зависимости от соотношения крупных и мелких частиц почвы делят на четыре группы:

♦ песчаные (маловлагоемкие, хорошо влагопроницаемые, но бедные гумусом);

♦ супесчаные (бесструктурные, бедные гумусом, хорошо водо- и воздухопроницаемые);

♦ суглинистые (наиболее благоприятные по своим свойствам для земледелия, со средней влагоемкостью и водопроницаемостью, хорошо обеспечены гумусом);

♦ глинистые (с высокой влагоемкостью и большим содержанием элементов питания, самые мелкодисперсные).

По степени пористости различают почвы тонкодисперсные (диаметр пор < 1 мм), пористые (1–3 мм), губчатые (3–5 мм), ноздреватые (5–10 мм), ячеистые (> 10 мм) и трубчатые (поры образуют каналы).

Твердая фаза почвы содержит основные запасы питательных элементов. Она состоит из минеральной (90–99 % массы) и органической (1–10 % массы) частей. Минеральная часть почвы на 90 % состоит из четырех элементов – кислорода, кремния, водорода, алюминия. Такие химические элементы, как углерод, водород, кислород, фосфор, сера, содержатся в минеральной и органической частях почвы.

Органические вещества твердой части почвы подразделяются на негумифицированные и гумифицированные вещества.

Негумифицированные (подвижные) органические вещества – это отмершие остатки растений и микроорганизмов, которые легко разлагаются в почве. Содержащиеся в них элементы питания переходят в доступную для растений минеральную форму. Органические вещества минерализуются не полностью. Одновременно в почве идет синтез новых сложных органических соединений, которые служат источником для образования гумусовых, или перегнойных, веществ.

Гумифицированные (перегнойные) органические вещества – это высокомолекулярные азотсодержащие соединения. Они составляют основную часть (90 %) органического вещества почвы. На полях под зерновыми культурами за вегетационный период разлагается 0,7–0,8 т/га гумуса, а под пропашными культурами – 1–1,2 т/га гумуса с образованием доступных для растений минерального азота (N), фосфора (Р), серы (S).

Влажность и аэрация. Почвенная вода подразделяется на гравитационную, гигроскопическую и капиллярную.

Гравитационная вода – подвижная вода, является основной разновидностью свободной воды, которая заполняет широкие промежутки между частицами почвы и просачивается вниз сквозь почву под действием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод. Растения легко усваивают гравитационную воду, когда она находится в зоне корневой системы. С этой точки зрения для растений весьма важен полив почвы, смачивание ее водой.

Гигроскопическая вода – вода, удерживаемая в почве вокруг отдельных коллоидных частиц в виде тонкой прочной связанной пленки. Она адсорбируется за счет водородных связей на поверхности глины и кварца или на катионах, связанных с глинистыми минералами и гумусом. Гигроскопическая вода высвобождается только при температуре 105–110 °С и физиологически практически недоступна растениям. Количество гигроскопической воды зависит от содержания в почве коллоидных частиц. В глинистых почвах ее содержится около 15 % массы почвы, в песчаных – около 5 %. Она образует так называемый мертвый запас воды в почве.

Капиллярная вода – вода, удерживаемая вокруг почвенных частиц силами поверхностного натяжения. Образуется при накоплении слоев гигроскопической воды вокруг почвенных частиц. Сначала заполняются узкие поры между этими частицами, а затем происходит распространение ее во все более широкие поры. Гигроскопическая вода постепенно переходит в капиллярную. Капиллярная вода может подниматься по узким порам и канальцам от уровня грунтовых вод благодаря высокому поверхностному натяжению воды. Растения легко поглощают капиллярную воду, играющую наибольшую роль в регулярном снабжении их водой. Капиллярная вода в отличие от гигроскопической легко испаряется. Тонкоструктурные почвы (например, глины) удерживают больше капиллярной воды, чем грубоструктурные, такие как пески.

Свойство почвы вызывать капиллярный подъем влаги называется ее водоподъемной способностью.

В капиллярной воде хорошо растворяются органические и минеральные соединения. Испарение капиллярной воды имеет большое значение при образовании засоленных почв.

Помимо перечисленных форм воды в почве содержится парообразная влага, которая занимает все свободные от воды поры.

Почвенная вода находится в постоянном движении: нисходящий ток гравитационной воды в сухие периоды сменяется восходящим током капиллярной воды. Обеспеченность почв водой зависит от температуры, рельефа местности, физико-химических свойств почвы, растительного покрова, перемещения воздуха и других факторов. Вода передвигается в почве к поверхности корней и поступает затем через растение в атмосферу в направлении градиента водного потенциала.

Такие абиотические экологические факторы, как низкая температура почвы, недостаток кислорода в почвенной воде и почвенном воздухе, повышенная кислотность почвы, высокая концентрация растворенных в почвенной воде минеральных солей, затрудняют усвоение доступной почвенной воды для растений. Растения сухих почв обычно имеют более мощную и разветвленную корневую систему, чем влажных почв. Количество физиологически доступной воды влияет на рост, размножение, габитус, продуктивность, биомассу растений.

Почвенный раствор, или жидкая часть почвы, – это наиболее подвижная, изменчивая и активная часть почвы, из которой растения поглощают питательные вещества в форме ионов. В почвенном растворе содержатся минеральные и органические вещества, совершаются важные биохимические процессы. В почве присутствуют анионы (НСО3–, NO3–, PO43 –, Cl–, SO42 – и др.), катионы (К+, Na+, Ca2+, Mg2+, NH4+, Zn2+ и др.), соли железа, алюминия и других элементов, а также водорастворимые органические вещества.

Наиболее благоприятная для растений концентрация солей в почвенном растворе – 1 г/л (0,1 %). Избыток солей в почве (больше 2 %) вреден для растений. Осмотическое давление почвенного раствора значительно ниже, чем в клеточном соке растений.

Состав почвенного раствора, особенно содержание в нем кислот и оснований, создает реакцию почвенного раствора, которая оказывает значительное влияние на жизнедеятельность растений. Реакция почвенного раствора определяется содержанием и соотношением ионов Н+ и ОН–, а также Al3+.

Кислотность почвы определяется наличием в почве ионов водорода и гидролитически кислых солей. Ионы водорода обусловливают активную кислотность почвенного раствора, а поглощенные ионы – потенциальную кислотность. Кислотность почвы принято выражать водородным показателем (рН), который представляет собой отрицательный логарифм концентрации водородных ионов в почвенном растворе.

По величине показателя рН почвенного раствора почвы делят на сильнокислые (рН = 3–4), кислые (рН = 4–5), слабокислые (рН = 5–6), нейтральные (рН = 6–7), щелочные (рН = 7–8), сильнощелочные (рН = 8–9). Нейтральную реакцию имеют черноземы, кислую – дерново-подзолистые, болотные и серые лесные почвы, щелочную – каштановые почвы и сероземы пустынь, сильнощелочную – солонцы.

Реакция почвенного раствора влияет на структуру, гумификацию почвы, содержание питательных веществ и ионный обмен. В очень кислых почвах высвобождается много ионов Al3+, а содержание доступных растениям ионов Ca2+, Mg2+, K+, PO43 –, Mo2– понижено. В более щелочных почвах, напротив, ионы Fe, Mn, PO43 – связаны в труднорастворимых соединениях, так что растения хуже обеспечены этими веществами.

Почвенный воздух отличается от атмосферного большим содержанием углекислого газа и меньшим содержанием кислорода.

Воздух в почве в количестве 15–25 % содержится в порах между органическими и минеральными частицами. При отсутствии пор (тяжелые глинистые почвы) или заполнении пор водой во время подтоплений, таяния мерзлоты в почве ухудшается аэрация и могут складываться анаэробные условия. В таких условиях тормозятся физиологические процессы организмов, потребляющих кислород, – аэробов, разложение органических веществ идет медленно. Постепенно накапливаясь, они образуют торф. Большие запасы торфа характерны для болот, заболоченных лесов, тундровых сообществ. Торфонакопление особенно выражено в северных регионах, где холодность и переувлажнение почв взаимообусловливают и дополняют друг друга.

Экологические группы почвенных организмов. В почве обитают многочисленные и весьма разнообразные в экологическом отношении группы организмов – микроорганизмы, животные, растения, причем все они находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и со средой обитания. Данные взаимоотношения сложны и многообразны. Благодаря им, а также в результате коренных изменений физических, химических и биохимических свойств горной породы, в природе постоянно идут почвообразовательные процессы.

Считается, что в среднем почва содержит 2–3 кг/м2 живых растений и животных, или 20–30 т/га.

Несмотря на неоднородность экологических условий в почве, она выступает как достаточно стабильная среда, особенно для подвижных организмов. Значительный градиент температур и влажности в почве позволяет почвенным животным путем незначительных перемещений обеспечить себе подходящую экологическую обстановку.

По степени связи с почвой как средой обитания животных объединяют в три основные экологические группы: геобионты, геофилы и геоксены.

Геобионты – животные, постоянно обитающие в почве. Весь цикл их развития протекает в почвенной среде.

Геофилы – животные, часть цикла развития которых (чаще одна из фаз) обязательно проходит в почве. К этой группе принадлежит большинство насекомых.

Геоксены – животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища.

Вместе с тем приведенная классификация не отражает роли животных в почвообразовательных процессах, так как в каждой группе есть подвижные организмы, активно передвигающиеся и питающиеся в почве, и пассивные, пребывающие в почве в период отдельных фаз развития (личинки, куколки или яйца насекомых).

Почвенных обитателей в зависимости от их размеров и степени подвижности можно разделить на несколько групп.

Микробиота – это почвенные микроорганизмы, составляющие основное звено детритной пищевой цепи, которые представляют собой как бы промежуточное звено между растительными остатками и почвенными животными. Сюда относятся прежде всего цианофиты, грибы и простейшие. Они живут в почвенных порах, заполненных гравитационной или капиллярной водой, причем часть жизни могут находиться в адсорбированном состоянии на поверхности частиц в тонких прослойках пленочной влаги. Многие из них обитают и в обычных водоемах. Вместе с тем почвенные формы обычно мельче пресноводных и отличаются способностью значительное время находиться в инцистированном состоянии, пережидая неблагоприятные периоды.

Мезобиота – это совокупность сравнительно мелких, легко извлекающихся из почвы подвижных животных. Сюда относятся почвенные нематоды, мелкие личинки насекомых, клещи, ногохвостки и др. Эта группа весьма многочисленна – от десятков и сотен тысяч до миллионов особей в 1 м3 почвы. Они питаются в основном детритом и бактериями. Для данной группы животных почва представляется как система мелких пещер. У них нет специальных приспособлений к рытью. Они ползают по стенкам почвенных полостей с помощью конечностей или червеобразно извиваясь. Насыщенный водяными парами почвенный воздух позволяет им дышать через покровы тела. Нередко животные этой группы не имеют трахейной системы и весьма чувствительны к высыханию. Средством спасения от колебаний влажности воздуха для них является передвижение вглубь. Более крупные животные имеют некоторые приспособления, которые позволяют переносить в течение некоторого времени снижение влажности почвенного воздуха: защитные чешуйки на теле, частичная непроницаемость покровов и др.

Периоды затопления почвы водой животные переживают, как правило, в пузырьках воздуха. Воздух задерживается вокруг их тела из-за несмачиваемости покровов, снабженных у большинства из них волосками, чешуйками и т. д. Пузырек воздуха играет для животного своеобразную роль «физической жабры». Дыхание осуществляется за счет кислорода, диффундирующего в воздушную прослойку из окружающей среды.

Животные микро- и мезобиоты способны переносить зимнее промерзание почвы, что является особенно важным, так как большинство из них не могут уходить вниз из слоев, подвергающихся воздействию отрицательных температур.

Макробиота – это крупные почвенные животные с размерами тела от 2 до 20 мм. К данной группе относятся личинки насекомых, многоножки, энхитреиды, дождевые черви и др. Почва для них является плотной средой, оказывающей значительное механическое сопротивление при движении. Они передвигаются в почве, расширяя естественные скважины путем раздвижения почвенных частиц, роя новые ходы. Оба способа передвижения накладывают отпечаток на внешнее строение животных. У многих видов развиты приспособления к экологически более выгодному типу передвижения в почве – рытью с закупориванием за собой хода. Газообмен большинства видов данной группы осуществляется с помощью специализированных органов дыхания, но наряду с этим дополняется газообменом через покровы. У дождевых червей и энхитреид отмечается исключительно кожное дыхание.

Роющие животные могут уходить из слоев, где возникает неблагоприятная обстановка. К зиме и в засуху они концентрируются в более глубоких слоях, большей частью в нескольких десятках сантиметров от поверхности.

Мегабиота – это крупные землерои, главным образом из числа млекопитающих. Многие из них проводят в почве всю жизнь, другие – какое-то определенное время. Все они прокладывают в почве целые системы ходов и нор. Приспособленность к роющему подземному образу жизни находит отражение во внешнем облике и анатомических особенностях этих животных: недоразвитые глаза, компактное вальковатое тело с короткой шеей, короткий густой мех, сильные компактные конечности с крепкими когтями.

Помимо постоянных обитателей почвы в отдельную экологическую группу нередко выделяют обитателей нор. К данной группе животных относятся барсуки, сурки, суслики, тушканчики и др. Они кормятся на поверхности, однако размножаются, зимуют, отдыхают, спасаются от опасности в почве. Ряд других животных используют их норы, находя в них благоприятный микроклимат и укрытие от врагов. Обитатели нор, или норники, имеют черты строения, характерные для наземных животных, но в то же время обладают приспособлениями, которые указывают на роющий образ жизни: длинные когти, сильная мускулатура на передних конечностях, узкая голова, небольшие ушные раковины.

К особой группе относят животных, заселяющих сыпучие подвижные пески, – псаммофилов. Они имеют специфические приспособления, которые обеспечивают возможность передвижения в рыхлом грунте.

Животных, приспособившихся к жизни на засоленных почвах, называют галофилами. Обычно в засоленных почвах фауна в количественном и качественном отношении сильно обедняется.

Таким образом, почва имеет огромное значение в жизни живых существ на нашей планете. Именно почва явилась той промежуточной средой, которая обеспечила выход жизненных форм из водной среды на сушу и их адаптацию к новым условиям существования.

Связанные единой эволюцией разнообразные почвы характеризуются типом почвы. Наиболее важными являются тундровые почвы; подзолистые почвы; черноземы; каштановые почвы; сероземы; красноземы и желтоземы; засоленные почвы; болотные почвы.

Размещение типов почв на поверхности суши определяется сложным взаимодействием ряда факторов, важнейшими из которых являются климат, рельеф, характер растительности и животный мир. Распределение типов почв подчиняется законам горизонтальной широтной зональности и вертикальной почвенной поясности.

С севера на юг почвенные широтные зоны сменяются почвенными поясами в следующей последовательности: полярный пояс, бореальный (в пределах лесной зоны), суббореальный (с преобладанием черноземов, каштановых почв и сероземов), субтропический, сложенный красновато-бурыми и красно-желтыми почвами тропических лесов.

Наряду с зональными типами почвы на равнинах обычно встречаются отдельными участками особые типы интразональных почв, образованных как под влиянием общезональных факторов почвообразования, так и при участии специфических, например при постоянном и избыточном увлажнении – болотные почвы, при поступлении галогенов из коренных пород или с поверхностным стоком – засоленные почвы и т. д.

Учет горизонтальной широтной зональности и вертикальной почвенной поясности, климатических, ландшафтных особенностей территории позволяет более эффективно и рационально планировать рекреационную деятельность, прогнозировать состояние и развитие рекреационных зон, систем и территорий.