Биогеохимические круговороты

Основные запасы серы сосредоточены в литосфере. В соответствии с данными

А.В. Ронова [1976] и В.В. Добровольского [2003], среднее содержание сульфидной серы в осадочной оболочке составляет 0,183%, а общее количество серы равно 9,3·1015 т, в гранитном слое содержится 8,6·1015 т S. В целом в земной коре заключено около 94% глобальной массы серы.

В биосфере осуществляются биогеохимические переходы серы между различными средами. Живые организмы занимают важное место в биогеохимическом круговороте серы на планете, и среди них ведущая роль принадлежит микроорганизмам. В наземных экосистемах почвенные бактерии выделяют в газовой форме около 58·106т серы в год, из которых 15·106т/год потребляется растениями и 43·106т/год окисляется в тропосфере с тем, чтобы быть вымытыми с дождями обратно в почвы.

Наряду с важной ролью хемолитотрофных бактерий в глобальном круговороте среды следует отметить и вклад фотосинтезирующих бактерий. На основании продуктивности наземных и морских экосистем, а также среднего содержания серы в сухой наземной биомассе (0,34%), и сухой массе морских фотосинтезирующих организмов (1,2%), можно заключить что приблизительно 0,6·109 т/год серы участвует в наземном круговороте и приблизительно 1,3·109 т/год - в морском биогеохимическом цикле серы.

3. Антропогенное влияние  на биогеохимические циклы

Возрастающая на протяжении ХХ в. Антропогенная активность привела к ускоренному поступлению загрязняющих веществ в биосферу. В наибольшей степени при этом была изменена ее биогеохимическая структура. Рассматривая современное состояние биогеохимических циклов, можно прийти к заключению, что во многих природных биогеохимических субрегионах и провинциях поступление поллютантов уже привело к перестройке биогеохимического круговорота элементов и формированию технобиогеохимических и агрогеохимических провинций как структурных единиц биосферы. Антропогенные изменения циклов питательных элементов происходят в большей степени в регионах с высокой плотностью населения и высокой интенсивностью сельскохозяйственного производства. В отдельных местах изменения природного локального или регионального биогеохимического цикла азота и фосфора еще незначительны, тогда как в других местах они громадны.

Например, наибольшее воздействие на глобальный биогеохимический цикл азота связано с применением минеральных азотных удобрений, ответственных примерно за половину антропогенных изменений в цикле азота. Другие антропогенные процессы также превращают атмосферный азот в биологически доступные формы. В целом за счет всех видов антропогенной деятельности, включая производство удобрений, сжигание органического топлива и выращивание бобовых культур, с 1960-х гг. произошло двух-трехкратное увеличение связывания азота, и эта величина продолжает постоянно возрастать. В середине 1990-х гг. глобальные размеры связывания азота составляли около 140·106 т/год, учитывая и природную несимбиотическую фиксацию на суше.

В последние 50-80 лет общая картина распределения и миграции фосфора в биосфере резко нарушена человеком. Эти нарушения слагаются из нескольких важнейших сторон экономической деятельности человек, таких как:

- мобилизация фосфора  из агроруд и шлаков, производство и применение удобрений для сельского хозяйства;

- производство многочисленных  препаратов, содержащих фосфор и  использование их в быту, индустрии  и земледелии;

- производство громадных  количеств фосфорсодержащих ресурсов  продовольствия и кормов, вывоз  и потребление их в зонах  концентрации населения и больших  городах;

- развитие рыбного и  китобойного промыслов, добыча морских  моллюсков, водорослей и потребление  их на сущее, что влечет за  собой перераспределение биогенных  фосфатов с океана на сушу. Антропогенная деятельность оказывает  огромное воздействие на глобальный  круговорот всех питательных  элементов и в особенности  на транспорт в эстуарии и  открытые воды океана. Цикл фосфора связан с его перемещением с суши в океан, что включает его перенос с эродированным материалом в рек, последующий транспорт во взвешенном состоянии и захоронение в донных осадках океана. Размер этого потока оценивается в 22·106 т/год при величине доиндустриальных потоков 8·106 т/год.

Круговорот серы, так же как азота и фосфора, может быть нарушен вмешательством человека. Виной тому прежде всего сжигание ископаемого топлива, а особенно угля. Сернистый газ нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности.

Круговорот серы.Это один из главных биогенов, который попадает в почвенные горизонты в результате естественного разложения отдельных горных пород, содержащих такие минералы, как пирит - серный колчедан (FeS2), медный колчедан (CuFeS2) и при разложении органических веществ, преимущественно растительного происхождения. Из почвы по корневым системам сера поступает в растения, где синтезируются серосодержащие аминокислоты - цистин, цистеин, метионин. Для процессов жизнедеятельности сера необходима животным в значительных количествах, попадает она к ним с пищей (рис. 55).

Из органических соединений сера поступает в почву при разложении

189

  
Рис. 55. Круговорот серы в биосфере

преимущественно растительных остатков микроорганизмами. Сера органического происхождения восстанавливается в сероводород (H2S), минеральную серу или окисляется в сульфаты, которые вновь могут быть поглощены корнями растений, т. е. вновь поступает в биологический круговорот.

Круговорот воды.В данном случае речь идет не об отдельном биогене, а о соединении двух важнейших биогенов водорода (Н) и кислорода (О), т. е. воды, значимость которой для жизни на Земле абсолютна. Круговорот воды представляет собой процесс непрерывного, взаимосвязанного перемещения воды в глобальных масштабах. Круговорот воды осуществляется под влиянием солнечной энергии, гравитации, жизнедеятельности организмов. В целом для планеты главным источником прихода воды служат атмосферные осадки, а расхода - испарение, которые сбалансировано составляют 525 тыс. км3 или 1030 мм в год.

На рис. 56 показан круговорот воды, в котором можно выделить так называемые малый и большой. При малом круговороте вода, испарившаяся с поверхности океана, вновь возвращается в него в виде атмосферных осадков. При большом круговороте часть испарившейся с водной поверхности влаги выпадает не только на океан, но и на сушу, где питает реки и другие водоемы, но в конечном счете с подземным или поверхностным стоком возвращается в океан.

Выше были рассмотрены аспекты водного баланса гидросферы. Необходимо отметить, что наибольшей активностью в водообмене обладают речные воды (обновляются каждые 11 дней) против, например, воды полярных ледников (обмен совершается за 8000 лет). Речная

Вопрос 58:

1. ДЕГРАДАЦИЯ ПОЧВ

В широком смысле деградация почв это процессы, ухудшающие плодородие почв. В узком смысле деградация почв это процессы разрушения структуры, потери гумуса и обменных оснований [5].

Несмотря на очевидность понятия «деградация почв», связанного в первую очередь со значительной (по времени) историей развития земледелия и использования почвенных ресурсов (наиболее ранние упоминания о процессах потери почвенного плодородия относятся к ранним цивилизациям, упомянуты в Библии и Коране), впервые научное обоснование деградации почв и вляния на них деятельности человека дали российские ученые В.В. Докучаев и А.А. Измаильский. Именно исследования В.В. Докучаевым причин потери урожайности в степных областях России легли в основу созданной им на рубеже 19-20 веков новой науки о почве как особом естественноисторическом теле природы - почвоведения. Докучаеву так же принадлежит введение понятия "деградация" применительно к почвам, а также обоснование необходимости учета антропогенного фактора при анализе становления и развития почв [4].

1.1 Сущность понятия

Понятие «деградация почв» до настоящего времени не имеет четкого определения, однако в него, так или иначе, включаются процессы ухудшения свойств почв и их качества. Обобщая многочисленные определения деградации почв, содержащиеся в современной литературе, можно отметить близость их смыслового содержания и выделить следующие базовые элементы:

- понятие деградации почв  обычно раскрывается через совокупность  процессов почвообразования, приводящих  к изменениям в почвах и  почвенном покрове по сравнению  с эталонными (как природными  эталонами, так и эталонами по  продуктивности);

- деградация почв ведет  к повышению затрат на восстановление  средств и уровня производства;

- деградация почв ведет  к снижению плодородия почв, продуктивности  и качества продукции;

- деградация почв приводит  к отклонениям от экологических  норм, изменениям функций почв  как элемента экологической системы  и ухудшению параметров, важных  для функционирования биоты и человека [4].

В современном почвоведении понятие «деградация почв» или «деградация почвенного покрова» расценивается с сугубо антропоцентрических позиций, т.е. с позиций удобства и благополучия человека и окружающей его природной среды. Системное понятие деградации отвечает понятию деградации почв в случае таких разрушающих почву воздействий и процессов, как эрозия, дефляция, дегумификация, но не вполне соотносится с ним в случае, например, формирования солонцеватых черноземов при орошении. Возможно, в будущем почвоведы будут различать разные стороны понятия «деградация», но в современном мире главной является энвайроменталистская точка зрения (энвайроменталистика - учение об окружающей среде) [1].

Таким образом, точное понятие определения «деградация почв» в наше время заключить достаточно трудно, поэтому существуют только обобщенные понятия и определения.

ВИДЫ ДЕГРАДАЦИИ ПОЧВЫ

Все виды деградации почв можно условно разделить на три основные группы:

- физическая деградация - ухудшение физических и водно-физических  свойств почвы, нарушение почвенного  профиля;

- химическая деградация - ухудшение химических свойств  почв;

- биологическая деградация - сокращение численности видового  разнообразия и оптимального  соотношения различных видов  микроорганизмов, загрязнение почвы  патогенными микроорганизмами, ухудшение  санитарно-эпидемиологических показателей[2].

На Рисунке 1 в наиболее общем виде представлены виды воздействия на почвы, приводящие к проявлению деградационных явлений.

Рисунок 1. Основные виды антропогенного воздействия на экосистемы и их реакция

2.1 Физическая деградация  почв

Физическая деградация почвы фиксируется как по уменьшению мощности органогенных горизонтов почв или уничтожению других почвенных горизонтов и всего профиля, так и по изменению конкретных физических свойств механически ненарушенного почвенного профиля (собственно физическая деградация). Нарушение почвы может быть связано и с поступлением на ее поверхность постороннего абиотического наноса, ухудшающего продукционную функцию почвы [1].

Механические нарушения почвы, приводящие к физическому разрушению почвенного профиля или его части, могут быть вызваны различными формами антропогенных воздействий.

Физическая деградация выражается в ухудшении почвенной структуры и всего комплекса физических свойств, т.е. в разрушении физической основы почвы, и развивается везде, где применяют избыточные нагрузки механического, химического, водного или биологического характера. Физическая деградация может быть обусловлена различными природными факторами и развиваться в условиях естественных биогеоценозов в результате изменения климатических условий, естественных процессов выветривания, эрозии, опустынивания и т.д. Причиной физической деградации почв могут явиться также различного рода катастрофические процессы природного и антропогенного характера [1].

Существуют два основных проявления деградации:

- накопление деградационных признаков до критического состояния, когда процессы становятся необратимыми. Это изменение почв фактически представляет собой «медленную» катастрофу, обусловленную всей сложившейся системой эксплуатации природных ресурсов и почв в том числе, общей культурой природопользования. Такая «накопительная» деградация происходит в случае длительной интенсивной эксплуатации почв как постоянного технологического ресурса в технологиях сельского, лесного и некоторых других производств, где основным достоинством почвы считается ее плодородие;

- частичное или полное  разрушение почвы как неизбежный  этап промышленных технологий  природопользования, осуществляемы  в течение короткого промежутка  времени и приводящего к моментальному  разрушению природных объектов  и почв в том числе. Такое  проявление деградации носит  локальный характер и опасно  быстротой и полнотой проявления. Как правило, причины и степень  разрушения почв являются в  данном случае очевидным [1].

Эрозия почв

Под эрозией почвы понимается разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов почвы в результате действия воды и ветра. Причины распространения эрозии почв можно разделить по пяти группам факторов эрозии: климатические, топографические, почвенные, биогенные и антропогенные. Непосредственное влияние на интенсивность эрозиозных процессов оказывают следующие факторы:

- климатические факторы - интенсивность и продолжительность  дождя или снеготаяния, температура  воздуха, скорость, направление и  время проявления ветра;

- топографические факторы - длина, крутизна, форма склонов, характер  рельефа;

- свойства почвы - водопроницаемость, противоэрозийная стойкость;

- биогенные факторы - создание  беспозвоночными в почве сети  каналов, защитная роль растительности, проявляющаяся в снижении скорости  ветра и влиянии на температурный  и водный режим почвы.

В процессе хозяйственной деятельности человек изменят соотношение факторов эрозии почв, что сопровождается ускорением развития эрозии почв [1].

Как итог, можно сказать, что крайней степенью физической деградации почв является полное уничтожение почвы как природного объекта, вплоть до состояния горной породы.

антропогенный экосистема деградация почва

2.2 Химическая деградация  почв

Химическая деградация почв включает изменение многих почвенных свойств вследствие различных причин природного и антропогенного происхождения. Факторы и причины химической деградации можно разделить на две группы:

- изменения, вызванные сельскохозяйственными  процессами, связанные с потерей  элементов минерального питания, гумуса, подкисления за счет высоких  доз кислых удобрений и за  счет окисления сульфидов в  почвах, где они имеются;