Круговорот питательных элементов растений как основа цикла почвенного плодородия

 

Процесс формирования почвы и ее плодородия подчиняется циклическим закономерностям. Если считать, что цикл есть форма движения в окружающем нас мире, то надо выделить тот материальный объект, который включен в траекторию циклического движения. Говоря о почвенном плодородии, таким материальным объектом являются элементы питания растений (питательные вещества), которые первоначально заложены в почве. Основой цикличности формирования почвенного плодородия является биологический кругооборот элементов почвенного питания растений. Из почвы элементы питания переходят в растительную субстанцию, иными словами растения через свою корневую систему перемещают элементы почвенного питания, усваивают их и обеспечивают свое развитие. Здесь элементы почвенного питания соединяются с результатами фотосинтеза. «Фотосинтез - единственный природный процесс связывания солнечной энергии. Благодаря ему из простых веществ - углекислого газа, воды и небольшого количества минеральных солей, не содержащих энергии и не способных при обычных условиях совершать химическую работу, создаются сложнейшие органические соединения, обладающие высокий потенциальной энергией. Они используются гетеротрофными организмами во всей сложной их жизнедеятельности. В процессе фотосинтеза создается до 90% сухого вещества растений» [23].

Далее, растительная масса, завершившая свою жизнедеятельность, возвращается в почву. Сюда включаются также растения, послужившие исходной базой в пищевой цепи для животных. Гумификация продуктов разложения органических остатков (растения по окончании вегетационного периода, отходы пищеварения животных, их останков и т.д.) умножает почвенный слой, пополняет элементы питания для растений.

Таким образом, мы можем представить цикл почвенного плодородия как биохимический кругооборот веществ следующим образом (рис. 1).

 

Усвоение элементов почвенного и воздушного питания растениями

Баланс элементов почвенного питания

Гумификация органических веществ и образование гумусного горизонта почвы

Рис. 1. Цикл почвенного плодородия

 

Первая стадия цикла - исходная, она характеризует на данный момент наличие минералов и органических веществ, макро- и микроэлементов питания для растений, а также их соотношение.

Вторая стадия цикла - основная, на этой стадии элементом почвенного питания вместе с воздушным питанием формируют, так сказать, «тело» растений и создают условия их развития.

Третья стадия цикла - завершающая, на этой стадии органические вещества в процессе их природной утилизации превращаются в плодородную почву. Третья стадия цикла подводит вместе с тем к новой биохимической цикличности элементов питания растений.

«Растения кормят биоценоз и почву всей своей органикой. Животные и микробы, поедая органику, создают наилучшие условия питания для растений - чтобы они вновь произвели максимум органики для всего живого. Так кругооборот органики обеспечивает бесконечное процветание и растений, и животного мира. По сути, это кругооборот взаимной заботы, кругооборот процветания жизни» [26].

Цикл почвенного плодородия отличается незамкнутостью и, следовательно, неполной обратимостью. Это находит выражение в динамике плодородия почвы и кругооборота элементов питания для растений. Неполная обратимость цикла почвенного плодородия объясняет, например, существование солончаков и пустынь. Само разнообразие почв от черноземных до подзолистых тоже объясняется этим. Часть потоков веществ и энергии либо уходит из цикла почвенного плодородия, как в случае с солончаками и пустынями, либо в силу ряда причин в разной степени участвует в формировании плодородия, путем не только его восстановления, но и улучшения. Незамкнутость и связанная с ней неполная обратимость означает несовпадение завершающей точки циклического развития с исходной. Это несовпадение может говорить о цикле по типу расширяющейся спирали, то есть о повышении плодородия. В этом случае баланс элементов питания количественно и относительно улучшается, поэтому повторение цикла происходит с более высокой точки спирали, и наоборот, состав минералов и органических соединений может ухудшатся, и повторный цикл в этом случае приобретает вид сужающейся спирали.

Стихийная игра природы (климат, водный режим, почвенный состав и т.д.) в данном ареале может привести как к повышению плодородия и расширяющейся спирали цикла, так и к снижению плодородия и сужающейся спирали цикла.

В настоящее время огромное влияние на характер цикла почвенного плодородия оказывает деятельность человека. Антропогенные факторы становятся регулятором цикла, влияющим на его течение. Их действие можно оценить по-разному. Под их влиянием плодородие почвы может возрасти, а в ряде случаев снизиться или плодородие может быть утрачено. Особенно антропогенные факторы воздействия на цикл почвенного плодородия проявляются в такой среде человеческой деятельности как земледелие.