Роль почвы в развитии и сохранении биосферы

Из предыдущих разделов мож­но видеть разнообразное и актив­ное участие почвы в различных процессах, протекающих в лито­сфере, гидросфере, воздушной оболочке. Эти области Земли, однако, не изолированы друг от друга, а находятся в тесном взаи­модействии. Кроме того, они почти целиком или значительной своей частью входят в биосферу — область существования жизни на планете. Согласно учению В. И. Вернадского, в биосферу следует включать всю тропосферу и ниж­ние слои стратосферы, гидросфе­ру и верхнюю часть литосферы, сложенную осадочными порода­ми. Даже гранитная оболочка, по мнению В. И. Вернадского,— устойчивый продукт былых био­сфер. Основным же специфиче­ским компонентом современной биосферы является ее живое ве­щество, представляющее собой совокупность всех живых организ­мов, населяющие Землю.

Какова же роль почвы в ста­новлении и функционировании биосферы? Отвечая на этот воп­рос, следует прежде всего от­метить, что благодаря почвенному покрову оказалось возможным возникновение развитой конти­нентальной части биосферы. Жизнь на суше не могла бы прогрессивно развиваться, зани­мая все новые ареалы, если бы в процессе взаимодействия с орга­низмами выветривающаяся гор­ная порода не превращалась в плодородную почву. Благодаря почве произошло смыкание океа­нической и континентальной части биосферы и превращение ее в сплошнуюпрогрессирующую оболочку планеты, охватывающую различные фазовые состояния ве­щества — жидкое, твердое, газо­образное.

С возникновением почвенного покрова суша становится основным центром создания биомассы и видообразования.

Бытовавшее мнение о том, что главным хранителем живого ве­щества является Мировой океан, занимающий 71 % площади земно­го шара, оказалось несостоятель­ным. Хотя значение океана в об­щем благополучии биосферы трудно переоценить, тем не менее следует обратить внимание на исключительную роль почвенного покрова в производстве биомассы суши, общее количество которой, по первым оценкам отечественных исследователей Н. Н. Базилевич, Л. Е. Родина, Н. Н. Розова и дру­гих, равно 2,4200*10 12 т, в то время как общий вес водных организмов составляет около 0,0032*10 12 т, т. е. почти в 1000 раз меньше. Не менее впечатляюща роль поч­вы в видообразовании. Из выде­ляемых в настоящее время 2,5— 3 млн. видов живых организмов преобладающая часть так или ина­че связана с почвой — это прежде всего растения и самый много­численный класс животных — насекомые, на долю которых при­ходится более 1 млн. видов. При этом следует отметить, что сама биологическая эволюция изначально была сопряжена с почвой и во многом контролировалась ею. По мнению многих исследова­телей, процесс зарождения жиз­ни оказался тесно связанным с корой выветривания и первыми примитивными почвами.

Как шло покорение жизнью всей поверхности планеты, пока до сих пор неясно. Многие уче­ные полагают, что жизнь, воз­никнув в переходных (земновод­ных) ландшафтах, получила свое развитие в океане и лишь затем на суше. Существует в то же вре­мя и иная точка зрения. Так, В. И. Вернадский полагал, что на­земная жизнь в рамках геологи­ческого времени так же стара, как и морская. Следует, однако, подчеркнуть, что в древнейший период развития жизни на конти­нентах она была представлена уп­рощенными формами — преиму­щественно микроорганизмами, в результате чего воздействие органической жизни на планету не было столь глубоким.

В ходе освоения суши живыми организмами почва прежде всего стала выполнять функцию новой экологической ниши, что оказало разнообразное воздействие на весь процесс биологической эво­люции, причем не только рас­тений, но и животных.

Говоря о конкретном значении почвенного покрова в биологи­ческой эволюции, следует преж­де всего отметить роль почвы как среды, обладающей благоприят­ными свойствами для существо­вания древних форм жизни бла­годаря буферности и достаточ­ной стабильности внутрипочвенных условий. Примером может служить открытие в почвенно-грунтовых водах пустынь Средней Азии фораминифер, считавшихся сугубо морскими обитателями. Полагают, что данные формы простейших сохранились с того далекого времени, когда средне­азиатские пустыни были покрыты морем. По мере усыхания моря они постепенно приобретали все большую связь с грунтом и в кон­це концов стали жить в насыщен­ных соленой водой горизонтах.

Представляет также интерес от­крытие итальянскими энтомолога­ми нового вида жуков на Апеннин­ском полуострове, которые счи­тались вымершими много мил­лионов лет назад. Жуки были обнаружены глубоко под землей, и есть основания полагать, что они могут быть найдены в других районах. Приведенные примеры свидетельствуют о том, что при­стальное изучение мира живых существ, населяющих почву, мо­жет породить еще не одно «фан­тастическое» открытие. В этом отношении, в частности, заманчи­во исследование глубоких гори­зонтов почвенно-грунтовой толщи, представляющих собой специфи­ческую экологическую нишу.

В почве могут также успешно существовать живые существа с примитивной организацией, ко­торые в воздушной среде не в состоянии выжить. Так, в почве находят необходимые условия жизни многие беспозвоночные с кожным дыханием благодаря то­му, что почва по ряду своих важ­нейших свойств является средой переходной между водной и воз­душной, в результате чего воздух в почве почти всегда насыщен во­дяными парами.

Обилие органического вещества в почве могло способствовать поселению в ней многих обита­телей бентоса — организмов, свя­занных с донной частью водоемов. Наиболее показательным в этом отношении является случай приспособления к жизни в почве трубочников после осушения од­ного из озер.

Освоение почвы обитателями водоемов отмечено для многих групп животных — простейших, малощетинковых червей, нематод и др. Так, наиболее благоприятные условия перехода от водной сре­ды к жизни в почве для раковин­ных амеб складываются на участ­ках суши, граничащих с водоема­ми. Здесь постоянно имеются час­тицы ила и органические остатки, а кочки испытывают неравномер­ное увлажнение, что характерно и для почв.

В процессе освоения суши почву стали временно использо­вать и некоторые из тех позвоноч­ных, основной средой обитания которых являются водоемы. Так, развитие яиц рептилий осуществ­ляется в почве. Из земноводных после нереста зарываются в почву и зимуют в ней тритоны. Извест­ны случаи зарывания в землю не­которых видов рыб.

Приведенные примеры свиде­тельствуют о наличии тесной связи водной и почвенной сред обита­ния, имеющей важное значение в процессе биологической эволю­ции. В ходе этой эволюции про­изошло освоение почвы различ­ными организмами и возник слож­ный мир живых существ почвен­ного царства, благодаря чему была создана предпосылка для завоевания воздушной среды. Можно утверждать, что непо­средственный переход от обита­ния в земноводных, а тем более водных средах к жизни в атмо­сфере без почвы был бы, скорее всего, просто невозможен. Освое­ние почвы явилось необходимым этапом будущего покорения такой трудной для жизни среды, какой является воздушный океан.

Академиком М. С. Гиляровым на примере насекомых было по­казано, что именно с почвы «стар­товали» воздушные обитатели этого самого многочисленного класса. Предки современных ле­тающих насекомых жили в почве. Поэтому не случайно, что даже те из них, которые в ходе эволю­ции в наибольшей степени отор­вались от своей исходной эколо­гической ниши, продолжают сохранять с ней тесную связь. Так, для таких типичных обита­телей воздушной среды, не боя­щихся сухости воздуха, какими являются саранчовые, почва не утратила своего значения. В ней происходит развитие яиц этих насекомых.

При рассмотрении роли почв в биологической эволюции боль­шой интерес представляют конк­ретные формы приспособления организмов к обитанию в почве. Адаптации, определяемые специ­фикой почвенных условий, много­образны и многоплановы. Так, отсутствие света в глубоких поч­венных горизонтах приводит к утрате пигментации и потере зре­ния у животных, обитающих в них. В то же время у живущих в верх­них слоях почвы или часто выхо­дящих на ее поверхность пигмен­тация и зрение сохраняются.

У многих животных вырабаты­ваются приспособления, защи­щающие их от высыхания при недостатке влаги в почве. Так, в различных группах почвенных червей по сравнению с обитаю­щими в воде отмечается утолще­ние наружных покровов и сниже­ние их проницаемости, а также происходит развитие желез, выделяющих повышенное количе­ство слизи.

Важные адаптации возникают также в отношении резких коле­баний температуры. Например, у колембол, относящихся к низ­шим бескрылым насекомым, от­мечается исключительная устой­чивость к низким температурам, в результате чего они могут быть активны даже в мерзлой почве.

Оплодотворение у многих почвенных животных также при­обрело черты своеобразия. Если у водных животных обычно про­исходит наружное оплодотворе­ние, а у обитателей воздушной среды — внутреннее, то у почвен­ных животных отмечается наруж­но-внутреннее оплодотворение, при котором, например, самка подбирает половыми крышками капельки спермы, оставленные самцом.

При характеристике общебио­сферной роли почвы необходимо также подчеркнуть, что благодаря почве осуществляется связь меж­ду биогенными и небиогенными компонентами биосферы, чем достигается ее целостность и ус­тойчивость. Так, почва выполняет функцию связующего звена био­логического и геологического круговоротов. Это далеко не простая задача, поскольку данные типы круговоротов во многом противоположны друг другу. Если биологический круговорот направлен в основном на удержа­ние вещества и энергии, то кон­тинентальный отрезок геологи­ческого круговорота приводит преимущественно к сносу различ­ных соединений в конечные во­доемы стока — моря и океаны. При нарушении почвенного по­крова происходит отчетливое уси­ление геологического круговорота и ослабление биологического. Так, в доисторическое время в лесостепной зоне вовлекалось биофильных элементов в био­логический круговорот примерно в 30 раз больше, чем поступало их в геологический. В современ­ный период в результате распашки земель количество биофилов, проходящих через биологический круговорот, всего лишь вдвое выше их выноса в геологический поток вещества.

Будучи важным регулятором взаимодействия биологического и геологического круговоротов, почва тем самым поддерживает исторически сложившийся тип геохимических потоков в био­сфере, являясь условием ее нор­мального функционирования. Од­новременно почва в значительной мере контролирует биосферную функцию аккумулятора энергии. Общая эволюция биосферы и ее компонентов, включая почвенный покров, была направлена на рас­ширение функции фиксации и удержания связанной энергии и замедление ее рассеяния. Это осуществляется в природе путем создания множества видов и по­пуляций организмов, пищевых цепей и экосистем, путем на­копления геологических запасов энергии в виде гумусовых гори­зонтов почв, залежей торфа, уг­лей, нефти, газов. Каждая тонна гумуса — это 5*10 6 ккал потен­циальной энергии. Если учесть, что в почвенной оболочке Земли сосредоточено около 2500 млрд. т гумуса, то станет понятным, что почвенный гумус — важный энер­гетический резерв биосферы.

В настоящее время, однако, в связи с широким освоением поч­венных ресурсов, усилившим эро­зию и минерализацию органического вещества почвы, происходит сокращение мировых запасов гу­муса. В год их снижается более чем на 1 млрд. т. Одновременно уменьшается и запас энергии, аккумулированной в гумусе, ведь смыв сантиметрового слоя почвы с 1 га пашни приводит к потере 30—50*10 6 ккал энергии. Поэтому перед человечеством стоит проб­лема рационального использова­ния не только минеральных ресур­сов, но и разумного обращения с почвенными запасами гумуса.

Оценивая общее значение поч­вы в развитии и функционирова­нии биосферы, можно констати­ровать, что без полноценного почвенного покрова возникнове­ние и существование современ­ной биосферы оказалось бы не­возможным.