Методологические проблемы в изучении изменения гумуса в условиях антропогенного пресса

УДК 631.4:502.75

Б.М. Кленов, А.Г. Гриценко

СГГ А, Новосибирск

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В ИЗУЧЕНИИ ИЗМЕНЕНИЯ ГУМУСА В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ПРЕССА

B.M. Klenov, A.G. Gritsenko

Siberian State Academy of Geodesy

10 Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russian Federation

METHDOLOGICAL PROBLEMS IN THE STUDYOF HUMUS UNDER HUMAN IMPACT

The paper deals with the influence of some human impact factors on the change of the nature of soil humus. The problem under consideration is one of the principal in the program of geodesic academy on soil environmentology. The objective of this communication consists in interpreting more comprehensively the mechanisms responsible for the change of soil organic matter under human impact.

Курс экологии почв в Сибирской государственной геодезической академии читается для студентов-геоэкологов на кафедре экологии и природопользования уже на протяжении 10 лет. Естественно, за данный отрезок времени накоплен определенный опыт. Помимо общепринятых учебных пособий студентам предлагаются теоретические и практические курсы, изданные кафедрой. Однако опыт проведения занятий подсказывает нам, что в пределах выполняемой учебным планом программы необходимо находить ресурс времени для доведения до понимания студентами наиболее проблематических вопросов, которые не всегда представляются ясными. В частности, это относится к вопросу реакции почвы на различные антропогенные воздействия, ослабляющие, а зачастую нарушающие основные экологические функции, которые выполняет почва в биосфере. На все антропогенные воздействия, прежде всего, реагирует органическая компонента почва. Вместе с тем в органической компоненте более всего уязвим её основной компонент - гумус. Гумус - продукт биологического круговорота, в котором участвуют органическое вещество отмерших растительных остатков, почвенной фауны и почвенной микрофлоры.

В данном сообщении обратим внимание на некоторые менее изученные и более трудные для понимания студентами вопросы влияния некоторых видов антропогенного пресса на гумусовую часть почвы, которая, как известно, является и атрибутом почвы, и носителем её плодородия.

Антропогенное воздействие весьма многоплановое явление. Это -распашка земель и как следствие ее усиление водной и ветровой эрозии, вырубка лесов, пожары, добыча полезных ископаемых, изъятие земель под строительство и многие другие виды деятельности. Например, выбросы промышленных предприятий, кислотные дожди, поступление в почву тяжелых металлов, детергентов, пестицидов, ненормированное применение

минеральных удобрений, ненормированное орошение или осушение почв, применение для орошения почв неудовлетворительно очищенных вод стока промышленных и сельскохозяйственных предприятий и др. Все виды антропогенных воздействий изменяют почву как физическую и химическую среду обитания живых организмов. Любое антропогенное воздействие ведет к сокращению биоразнообразия в целом и, в частности, растений, почвенных животных и микроорганизмов, ответственных за многообразие почв. Сокращение биоразнообразия означает и ослабление, а иногда и нарушение экологических функций почв. Любой вид антропогенного воздействия прямо или косвенно сокращает биоразнообразие вообще и разнообразие живых организмов (растений и живого населения почв, определяющих их формирование).

Самый древний и более всего изученный антропогенный пресс на почву -это её распашка и длительное использование в земледельческой практике. В этом случае механизмы, которые управляют потерей гумуса при использовании почв, представляются яснее всего, поскольку вопросы биологического круговорота длительным опытом науки и практики изучены довольно обстоятельно. При обработке почвы потеря гумуса связана с его повышенным окислением. Распределение продуктов минерализации и гумификации мертвого органического вещества сейчас никаких сомнений не вызывают. В ходе ведения земледельческой практики отмечается не только снижение гумусового уровня, но и существенное изменение структуры его компонентов [1]. При этом теряются его компоненты, которые определяют катионообменную и водоудерживающую способность почвы и в целом её биопротекторную функцию.

Для более четкого понимания, что происходит с гумусом в результате антропогенного пресса, студентам необходимо иметь самое элементарное представление о его природе в целом и его составляющих. С другой стороны, необходимо принимать во внимание, что будет происходить с гумусом при том или ином виде антропогенного воздействия.

Наиболее проблематичным является познание механизмов взаимодействия гумусовых веществ с загрязнителями. Если вопросы влияния некоторых мелиоративных приемов (известкование, гипсование) на почву и гумус общеизвестны и не являются экологически опасными, то вопросы воздействия на почву веществ инородной природы изучены ещё не достаточно полно. Даже общеизвестные издавна применяемые минеральные удобрения, которые должны вноситься в почву только с учетом потребностей в них растений, могут оказываться при избыточном внесении или загрязнителями почв, или разрушителями её органического вещества. Взаимодействие минеральных удобрений с гумусовыми компонентами также неоднозначно, что зависит от природы минерального удобрения как минеральной соли [2].

Наиболее распространенное бедствие промышленно развитых районов -кислотные дожди. Это одна из «тяжелых болезней биосферы» косвенно отражается и на потерях из почвенного профиля органического вещества.

Вымывание кальция и магния - следствие выноса органического вещества, основные компоненты которого - гуминовые кислоты и фульвокислоты - могут закрепляться в почве этими элементами. Поверхностно-активные вещества, обладающие обычно щелочной реакцией и поступающие в почву при орошении её неудовлетворительно очищенными водами стока промышленных и сельскохозяйственных предприятий, растворяют гумусовые вещества и способствуют их выносу из почвенного профиля. Тяжелые металлы - продукты промышленных выбросов, также блокируются гумусовыми кислотами в результате образования устойчивых в почвенных условиях внутрикомплексных соединений - хелатов [3].

Актуальной остается проблема загрязнения почв пестицидами, особенно в районах возделывания фруктовых насаждений. Как нам представляется из обзора различных источников, дело в том, что по своей природе большинство пестицидов, имеющих в своем строении бензольное кольцо, обладает сродством с гумусовыми кислотами. И в тех и других соединениях имеются функциональные группы, которые в значительной степени обусловливают их взаимодействие между собой. Имеет место также сорбция ксенобиотиков гумусовыми кислотами [4], образование соединений по типу катионного обмена и за счет других типов взаимодействия между пестицидами и гумусовыми веществами. Так или иначе, но за счет сродства эти соединения могут «встраиваться в структуру друг друга». Поэтому общеизвестное медленное разложение пестицидов в почве объясняется не только биологической их устойчивостью, но и способностью образовывать устойчивые к разложению комплексы с гумусовыми кислотами.

В последние два десятилетия в литературе стали обращать усиленное внимание на такой фактор как лесные пожары, которые, как известно, имеют естественное и антропогенное происхождение. При пожарах сильной интенсивности почва впадает в анабиоз в связи с полной гибелью биоты и сгоранием гумуса. При слабой и средней интенсивности биота частично сохраняется и может восстановиться в течение нескольких десятилетий, но гумусовая её часть становится полностью инертной в связи с утерей боковых активных групп в составе гуминовых кислот и фульвокислот [5]. Следует отметить, что при этом происходят значительные потери гумуса и соответственно всех его компонентов, обладающих свойствами биологически активных соединений.

Таким образом, вышеприведенные далеко не все примеры показывают, что гумусовая часть почвы как сложная система природных полимеров кислотной природы по-разному реагирует на различные антропогенные факторы и при решении экологических задач прогнозного характера необходимо принимать во внимание, как природу гумуса, так и особенности типов антропогенного пресса.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кленов, Б.М. Устойчивость гумуса автоморфных почв Западной Сибири /Б.М. Кленов. - Новосибирск: СО РАН, филиал «ГЕО», 2000. - 176 с.

2. Кленов, Б.М. Вопросы экологии гумуса в курсе «Экология почв» / Б.М. Кленов, Т.Н. Елизарова, А.Г. Гриценко / Современные проблемы Геодезии и оптики. Сб. материалов конференции. Новосибирск: СГГА, 2003. - Ч. II. - С. 23-24.

3. Stevenson, F.J. Cycles of soil carbon, nitrogen, phosphorus, sulphur, microelements / F.J. Stevenson. N.Y.: Wiley-Interscience, 1986. - 380 p.

4. Almendros, G. Sorptive interactions of pesticides in soils treated with modified humification/ G. Almendros // Europ. J. Soil Sci. - 1995. - V. 46. - №2. - P. 287-301.

5. Gonzalez-Perez, J.A. a. o. The effect of fire on soil organic matter - a review / J.A. Gonzalez-Perez, F.J. Gonzalez-Vila, G. Almendros, H. Knicher // Environment International, 2004. - Vol. 30. - P. 855-870.

© Б.М. Кленов, А.Г. Гриценко, 2008