Чтение онлайн

Полное содружество органического и неорганического мира

Докучаевское определение почвы как естественного тела, образовавшегося под воздействием климата и живых организмов на геологической породе, стало началом не только науки о почвах. Установленная Докучаевым связь между живыми и неживыми компонентами природы имела большое значение для развития таких научных дисциплин, как ландшафтоведение, биогеоценология, биогеохимия. Краеугольное понятие всех перечисленных наук — представление о биосфере. Ее определение, как уже отмечалось, было дано академиком В. И. Вернадским. Биосфера — это часть литосферы, гидросферы и атмосферы, где распространена жизнь, где существует живое вещество. В этих трех структурных элементах биосферы центральным звеном является почва. По почве выделяются ландшафты. Элементарный ландшафт — это участок суши, представленный одной почвой или комбинацией почв.

Академик Г. Н. Высоцкий в начале XX века обратил внимание, что свойства почвы зависят от ее положения в рельефе. Скажем, на вершине водораздела свойства одни, на его склоне и нижней части склона — несколько иные. На вершине водораздела развиваются «независимые», «автономные» почвы, в которых нет дополнительного, кроме осадков, притока влаги, нет привноса ила или химических веществ, смытых и вымытых из других почв. В северных степях водоразделы заняты черноземами, в лесной зоне — подзолами и дерново-подзолистыми почвами. На склонах водоразделов профиль почвы искажается из-за сноса, смыва верхних горизонтов. Поэтому у черноземов на склоне меньше мощность гумусовых горизонтов, ближе к поверхности подходит слой карбонатов (солей кальция и угольной кислоты, образующих в почве скопления разной формы в виде налета, прожилок, округлых образований — «белоглазки»). Эти почвы как бы переходные, их образование связано с переносом материала, со смывом его, иными словами, они подчинены почвам водораздела. В нижних частях склонов, где они выполаживаются, снесенный материал образует наносные почвы, еще более подчиненные почвам водоразделов и склонов. Перераспределение материала в ландшафте приводит к тому, что в пределах этой природной системы образуется цепь — ряд почв, названных английским ученым А. Милном катеной (от английского catena — «цепь, ряд»).

Почвы и биогеоценоз

Роль почвы в ландшафте очень важна: она замедляет вынос веществ за пределы ландшафта, переводя сток воды по поверхности во внутрипочвенный сток. При этом почва как фильтр может задерживать часть веществ.

Кроме того, в связи с неодинаковой растворимостью выносимых веществ они задерживаются в пределах ландшафта в его разных частях, что может привести к выделению в географическом ландшафте серии геохимических ландшафтов. Например, водораздел — область выноса кальция из почв, а подошва склона — область его накопления, осаждения.

Но сам ландшафт также состоит из ряда природных, или экологических, систем, включая биогеоценозы. В понятии «экологическая система» подразумевается сочетание живого организма и среды его обитания, система «организм — экологические условия его жизни». Простейшими экосистемами можно считать каплю воды с микроорганизмами и ствол дерева с растущими на нем лишайниками, клеща, впившегося в кожу лося, и самого лося в осиннике. Биосферу можно рассматривать как глобальную экосистему.

В зависимости от среды обитания выделяют экосистемы, в которых организмы обитают на живых же организмах: клещ на коже собаки, лишайник на дереве. Их можно назвать биогенными, порожденными живыми организмами. Другие экосистемы представляют собой развитие организмов на субстрате органического и неорганического происхождения. К первым относятся подрост ели на упавшем стволе дерева, личинки жука могильщика в теле умершего крота, растения на отложениях мохового торфа. В зависимости от организатора системы (живого организма, обитающего в данной среде) можно выделить экосистемы растительные, животные, микробиологические. В биогенных экосистемах средой для живых организмов могут быть также растения, животные, микроорганизмы. Особую группу составляют экосистемы, в которых экологической средой являются субстраты неорганического происхождения: атмосфера, вода, почва. Все эти экосистемы — биокосные, так как живые организмы в косном, неорганическом субстрате производят определенные преобразования, превращая их в биокосные природные тела.

Простые экосистемы объединяются в более сложные. Например, система «микроорганизм — личинка овода» входит в состав системы «лось — личинка овода — микроорганизм», а последняя входит в систему «еловый лес». Таким образом, на каком-то уровне любая биогенная или органогенная экосистема войдет в состав более сложной и обязательно биокосной экосистемы. И на определенном уровне в состав такой наземной экосистемы обязательно включается почва.

Биокосную экосистему в границах одного растительного сообщества на специфичном для него почвенном покрове, включающую характерный животный мир, в науке называют биогеоценозом (БГЦ). Если для простых экосистем размеры и продолжительность жизни ограниченны, то биогеоценозы могут существовать несколько лет и достигать площади не менее нескольких гектаров. Устойчивость во времени и постоянство состава, строения, структуры биогеоценоза как основной пространственной единицы организации биосферы и позволили выделить его как отдельный организационный уровень экосистем.

Биогеоценоз — это экосистема, практически включающая все виды простых экосистем. Наземные биогеоценозы состоят из растений, животных, микроорганизмов, почвы, водных растворов, воздуха. Связи между всеми этими компонентами проходят через почву. Особенно это относится к связям между растениями и животными. Растения поглощают минеральные вещества из почвы и, используя энергию солнца, с помощью хлорофилла из воды и углекислого газа из воздуха синтезируют сахара и крахмал. Из этих органических веществ с добавлением азота, полученного растениями из почвы, синтезируются белки, аминокислоты и множество других соединений, необходимых растениям для жизни. Микроэлементы, поглощенные из почвы, частично входят в ферменты, участвующие во всех биохимических реакциях в растениях. Насекомые и травоядные животные поедают растения и преобразуют органическое вещество растений в органическое вещество своего тела. Птицы едят насекомых, хищники едят и птиц, и травоядных животных. Хищники тоже могут стать жертвой другого животного (также хищника).

В результате деятельности животных органическое вещество разрушается до более простых соединений, в том числе и до углекислого газа и воды. Минеральные вещества, прошедшие весь цикл от растения до животного, тоже поступают в почву, освободившись из органического вещества. Из почвы углекислый газ выделяется в атмосферу, где он перехватывается растениями, а освободившиеся минеральные вещества поглощаются корнями растений. Круг замыкается.

В процессе всего этого круговорота фитомасса сначала превращается в зоомассу, а последняя разрушается до простых соединений и снова превращается в фитомассу, частично в микробную массу, а частично переходит в почвенный гумус. Превращение биомассы непрерывно сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа в результате дыхания животных и растений. Часть биомассы может надолго законсервироваться в виде гумуса или болотного торфа. Поступая в почву, органические вещества увеличивают растворимость многих почвенных соединений, изменяют свойства почвы — ее структуру, водопроницаемость, способность фиксировать из воздуха азот, конечно, с помощью микроорганизмов.

Вся цепь превращений органических веществ от растений к разного вида животным — это так называемая трофическая, или пищевая, цепь. Каждый живой организм в процессе питания преобразует органическое вещество и передает его дальше по цепи. Почва — начало и конец, альфа и омега трофической цепи в биогеоценозе, начало и конец природного круговорота. Почва помогает веществам и элементам, потребленным животными, снова включиться в природный круговорот. При этом почва помогает таким веществам вступить в биологический круговорот на одном из самых важных участков цепи: в звене почва — растение.

Итак, почва как бы замыкает на себя часть связей между животными и растениями, не только играя роль арены, где разыгрываются сцены жизни, но и являясь также преобразователем вещества разного происхождения в усвояемые для растений формы соединений.

Изучением связей между компонентами биосферы, следовательно, биогеоценоза занимается наука биогеоценология. Ее основы были заложены трудами таких ученых, как В. В. Докучаев, В. Н. Сукачев, В. И. Вернадский, Г. Ф. Морозов, Л. Г. Раменский. Отличие биогеоценологии от экологии в том, что экология изучает более простые экосистемы: отдельные организмы, отдельные популяции живых и растительных организмов. Биогеоценология изучает весь биогеоценоз в целом.

Велика сложность биогеоценоза. Огромное число участников этой системы с многочисленными трофическими цепями усложняют строение и существование биогеоценоза. Как всем биологическим системам, биогеоценозу свойственна саморегуляция. Например, расплодившиеся лоси уничтожают молодую поросль сосны. В естественных условиях поголовье лосей регулируется количеством волков. Стало лосей больше — количество волков увеличивается и сокращает поголовье лосей. Лосей стало меньше — часть волков покидает биогеоценоз. В естественных условиях численность особей одного вида в среднем колеблется около какого-то равновесного для данного биогеоценоза значения. Каждый вид в биогеоценозе занимает, как говорят экологи, свою экологическую нишу. Поэтому и волк, и лось способствуют совместными, хотя, конечно, непреднамеренными усилиями формированию данного типа биогеоценоза (конечно, наряду с другими факторами).

Итак, любой живой участник биогеоценоза полезен, если он находится в норме. Избыток его численности может привести к гибели если не всего, то части биогеоценоза, и, наоборот, исчезновение какого-нибудь вида также может нанести вред биогеоценозу. Например, можно представить такую картину. Исчезли в лесу лисы — расплодились зайцы и мыши. Среди них сохраняются и слабые, и больные, которые раньше шли на обед хищникам. Зайцы обгладывают деревья, губят лес — словом, подрывают свою «кормовую базу». Накопление же больных особей может привести к эпизоотии среди зайцев и даже к гибели данной популяции («населения» зайцев в биогеоценозе). Если же врагов у данного вида не окажется, то он может коренным образом изменить биогеоценоз.