Поиск

Живое вещество, его состав и функции в биосфере и почвах
27.10.2015

Понятие о «живом веществе» было подробно разработано В.И. Вернадским. Под живым веществом подразумевается совокупность массы всех организмов, населяющих нашу планету в тот или иной момент. Живое вещество суши представлено «фитобиомассой», которая включает наземные растения и их корни, «зообиомассой» животных (включая насекомых) и «микробиомассой». Согласно последним подсчетам, общий вес биомассы всей суши составляет примерно 3*1012—1*1013.

Живое вещество, его состав и функции в биосфере и почвах

Зообиомасса суши обычно составляет менее одного процента от растительной биомассы. В составе зообиомассы основная доля (95—99,5%) приходится на беспозвоночные почвенные организмы. Особенно велика доля беспозвоночных в наиболее высокоплодородных черноземных, луговых почвах и почвах древней земледельческой культуры (99,8% зообиомассы).
На суше первое место занимает биомасса леса, которая достигает 1011—1012 т. Совокупность биомассы травянистой растительности составляет величину, примерно в 10 раз меньшую, чем биомасса лесов. He нужно забывать, что хотя травянистая растительность по массе занимает второе место, скорость ее возобновления и интенсивность биологического круговорота значительно больше, чем у лесной растительности. Поэтому почвообразующая роль травянистой и лесной растительности существенно различается.
Лесная растительность сыграла исключительную роль в разрушении массивно-кристаллических пород и в создании мелкозема. Эту роль лесная растительность выполняет и теперь, разрушая покровы вулканической лавы, гранитов и базальтов. Травянистая растительность и ассоциирующие беспозвоночные организмы вместе с микроорганизмами обусловливают, в отличие от лесной растительности, синтез значительных масс гумуса в высокоплодородных черноземах, луговых почвах, почвах прерий и пойм.
В почве живое вещество концентрируется, достигая в верхних частях гумусовых горизонтов 1—10—40% веса почвы (включая корни, макро-и микрофауну). Таким образом, почвообразование происходит в биосфере, и почвенный покров является важнейшей частью биосферы. В особенности это относится к гумусовой оболочке почвенного покрова, представляющей собой прямой продукт биологического круговорота веществ.
Наиболее важным результатом существования жизненных циклов на нашей планете является регулярная продукция огромных запасов потенциальной энергии, связанной в растительном органическом веществе. Эта энергия в последующем расходуется бесконечной цепью ассоциирующих животных организмов, грибов и бактерий, биохимическими и химическими реакциями, что составляет сущность почвообразования.
Ежегодно, по П. Дювиньо, при фотосинтезе на суше аккумулируется колоссальное количество энергии, порядка 21,3*1016 кал. Примерно такое же количество энергии фиксируется водной растительностью океана. Энергия, накопленная в растительном веществе, в последующем определяет деятельность животных и бактерий. Органические остатки в почве и почвенный гумус являются как бы складом энергии, запасы которой регулярно возобновляются и вместе с тем постоянно и с огромным эффектом используются организмами.
Оценивая геологическую и почвообразующую роль живого вещества (включая корпи, макро- и микрофауну и т. д.), можно, следуя Вернадскому, различать следующие формы воздействия организмов на окружающую среду, а следовательно, и на почвообразование.
а. Медленный, но непрерывный процесс развития жизни на Земле, образование новых видов и их исчезновение. В среднем каждый самостоятельный вид организмов, например вид растений, существует примерно один геологический период, т. е. около 30 млн. лет.
б. Смена типов растительных и животных ценозов в связи с их размножением и захватом поверхности, изменениями рельефа, климата, почвы. Таковы, например, взаимоотношения лесов и тундры, степей и лесов, пустынь и степей и т. д. Эти смены охватывают отрезки времени порядка 3—5 тыс. лет и часто имеют ритмический характер.
в. Последовательные поколения определенного вида растений и животных и циклы миграции веществ, вызываемых рождением и смертью каждого живого индивидуума в отдельности. Следует иметь в виду исключительное обилие индивидуумов и разнообразие продолжительности их жизни — от 20 минут до 20 лет на одно поколение.
г. Прижизненный обмен веществом между организмом и средой. Этот род обмена веществ затрагивает твердую, жидкую, газообразную фазы и при исключительном обилии индивидуальных организмов играет огромную геологическую и почвообразующую роль.
д. Посмертное влияние продуктов распада органических веществ на минеральные образования и процессы в природе.
К этому следует добавить прижизненное влияние организмов на процессы механического и химического разрушения горных пород, на формирование и на судьбу мелкозема. В отсутствие растительного покрова мелкозем уносился ветром и особенно текучей водой. Поверхность суши была по преимуществу каменистой и скальной. Появление жизни ускорило образование мелкозема, изменило его природу, обогатив органическим веществом и органогенными химическими элементами. И, самое существенное, появление высших и низших растений создало как бы эффективную механическую преграду для эрозии и дефляции мелкозема. Мелкозем стал накапливаться на месте образования, а унесенная его часть начала энергично оседать на склонах и террасах, покрытых растительностью.
Смена типов флоры и фауны, смена поколений одних и тех же видов организмов и прижизненный обмен их с внешней средой имеют характер незамкнутых круговых процессов. Суммарным результатом деятельности организмов являются коренные изменения в химико-минералогическом составе самой биосферы и в облике земной коры.
Биогеохимическая роль организмов зависит, по В.И. Вернадскому, от их размеров, быстроты размножения и энергии взаимодействия с внешней средой. Известно, что мельчайшие неклеточные организмы имеют субмолекулярные размеры. Чем меньше величина организмов, тем быстрее и в более массовом количестве они размножаются, тем больше быстрота смены поколений и взаимодействия этих организмов с внешней средой, тем больше их роль в геологических, геохимических и почвенных процессах. He случайно В.И. Вернадский и В.Р. Вильямс придавали микроорганизмам исключительно большую роль в процессах выветривания и почвообразования.
Потенциальная возможность «захвата» планеты микроорганизмами исчисляется несколькими днями, насекомыми — одним годом, а растениями и животными — 8—11 годами. Эти подсчеты В.И. Вернадского не имеют абсолютного значения, но они показывают, каким могучим фактором перемещения вещества и энергии в геологических и почвенных процессах земного шара являются организмы и особенно бактерии.
Роль живого вещества и биосферы в процессах выветривания и почвообразования непрерывно возрастает, так как количество возникающих организмов в единицу времени растет, по Вернадскому, в геометрической прогрессии и соответственно увеличивается масса живого вещества, разнообразие форм организмов также возрастает (число видов организмов составляет около 3 млн., а формы минералов исчисляются всего лишь тысячами). Расширяются границы биосферы, в большей мере вовлекается солнечная энергия в земные процессы, глубокие магматические толщи земной коры в возрастающей степени подвергаются воздействию биологических круговоротов.
Масса живого вещества в каждый данный момент истории земной коры и почвенного покрова измеряется миллиардами тонн органических соединений. Миллионы тонн веществ отдаются организмами прижизненно и посмертно во внешнюю среду (в почву, атмосферу и в природные воды) и вновь захватываются ими.
Тесная взаимозависимость различных животных и растений, а также связанных с ними низших организмов приводит к тому, что минеральные соединения, выхваченные организмами из геологического круговорота в процессе усвоения, питания, роста, имеют тенденцию длительно удерживаться в биологическом круговороте на суше, что защищает их от выноса природными водами в океан.
Все это дает право считать, что многие свойства коры выветривания и почв находятся под прямым и косвенным влиянием биологических круговоротов веществ. Направление почвообразовательных процессов, формирование определенных типов почв и почвенного плодородия в значительной мере определяются влиянием живого вещества.