Биосфероведение - Валерий Степанович Миловатский
Гумус – некий общий знаменатель биогеохимической работы почвы. Он – главное рабочее тело почвы. Гумусо-глиняные гранулы обеспечивают водо и воздухопроницаемость почвы. Именно от него растения получают макро и микроэлементы, углекислоту (необходимую для фотосинтеза), биологически активные ростовые вещества. Гумус участвует в разрушении минералов основания почвы и вовлечении их в почвенный круговорот. Но, может быть, самое главное значение гумуса в том, что он является энергетическим аккумулятором почвы.
Энергетика почвы
(доклад В.Р. Волобуева)
Энергетикой почвы, кроме меня, занимался и академик A. И. Пepeльман. Здесь я дам очерк о сущности этих работ. Поскольку почва не косная система, а биокосная, она должна быть богата свободной энергией, которая через главные её «ворота», а именно растения, пришла от солнца. И все процессы в почве обусловлены этой энергией. Как же почва «пользуется» своей энергией, и где она в ней сосредоточена?
Главный энергоноситель почвы – это гумус. В степных чернозёмах на одну единицу энергии, содержащейся в растениях, приходится 10 единиц энергии, содержащейся в гумусе. Поэтому учёные, наряду с энергозапасами угля, нефти, газа и сланцев, рассматривают и энергозапас гумуса. К слову сказать, в почве имеются и гумусовые угли – особо прочные соединения гуминовых кислот с фульвовыми.
Одно из открытий Докучаева состояло в том, что он увидел расслоение почвы на отдельные горизонты, находящиеся в динамике. Исследуя их динамику, он выделил 4 горизонта для основных российских почв: А (А0 и А1), В, С, D.
Весь горизонт А заселён почвенной биотой. В А0 образуется гумус, в А1 он вымывается (выщелачивается) и оттуда переходит в В, где и накапливается как почвенный ресурс вместе с необходимыми для растений Cа, Nа, Mg и другими элементами. С и D – это материнские горизонты: С содержит глины или супесь, D – гранитные обломки. Все почвенные горизонты имеют запасы энергии. Например, в глине горизонта С накоплена солнечная энергия.
Мы уже знаем, что гумус – основной энергоноситель почвы. И от его распределения в почве зависит энергетика всех её слоев. Гумус может задержаться в верхнем слое А1 – и это будет связано с активным «выбросом» энергии почвы. В результате – растения буйно растут, активно работает биота почвы (в частности микроорганизмы), в почву выделяется много углекислого газа, сероводорода, органических кислот. Они растворяются в воде, почвенные воды «заряжаются энергией» и становятся сильнейшим энергетическим агентом. В результате возрастает окислительно-восстановительный потенциал почвы, в ней активируется миграция химических элементов и увеличивается выветривание минеральных пород, в результате в почве усиливаются электрохимические процессы. Вот какая запускается энергетическая цепочка!
Но вот гумус расходовался – и энергетика почвы резко пошла на убыль. Но это процесс непрерывный – и гумус снова «включается в работу». Есть, однако, в почве и «выключатель», повернув который, можно выключить этот «выброс» почвенной энергии. Биологи знают, что энергетика мышц регулируется ионами Са: когда ионы Ca поступают в мышечные клетки – они начинают сокращаться. Если прекратить их приток – мышцы расслабляются. Похожий процесс совершается и с почвенными «мышцами». И роль регулятора-выключателя играет всё тот же Са. От его наличия в горизонте А1 зависит – будет ли почва расходовать свою энергию или нет. Если в горизонте А1 Ca есть – идёт расход энергии. Так как Ca, связываясь с молекулами гуминовых кислот, делает гумус нерастворимым, то он перестаёт вымываться из горизонта А1, оставаясь в нём и расходуясь на питание. Если же в А1 Са отсутствует, то гумус легко растворяется, вымывается из А1 и уходит на «консервацию» в «запасной отсек» почвы, в горизонт В. И тогда почва скромно расходует свою энергию.
Мы видим, что от энергетики почвы зависит динамика её горизонтов. Чем больше в ней содержится энергии, тем более неравновесной системой (термодинамически) она становится, и следовательно – более активной, более сложной. Теперь становится понятным как в единую энергетическую цепь связаны биота, гумус, миграция атомов, работа воды и самих горизонтов почвы.
Но определённые добавки в энергетику почвы могут вносить и её отдельные компоненты, например, связанные с ионами разных веществ. Было выяснено, что растения больше «любят» (и содержат) те ионы, которые электрически более заряжены. Так наибольшую энергию имеет азот – он и в растениях на первом месте. Далее следуют К, Р, Са.
Почвенная энергия накапливается и в фитолитах (крошечных минеральных крупинках), которые образуются в листьях и телах всех растений из окиси кремния или из соединений кальция. Так липа, дуб, ясень образуют кальциевые фитолиты, злаки – кремнивые. С хвоей сосен в почву попадает до 60 кг/га фитолитов. В них много химической энергии, которую они высвобождают во время роста растений, подкармливая их своими калориями. Фитолиты хорошо сохраняются в почве и увеличивают её энергетический ресурс.
И конечно же большую лепту в почвенную энергетику вносят живые организмы (почвенная биота). Это проявляется в их механической, геохимической, и в почвообразовательной работе. Но не только в этом. Ведь каждая живая клеточка – генератор электромагнитных полей. Можно представить какое электромагнитное поле биогенно создаётся в почве при её насыщенности живыми организмами!
Энергетика гумуса в итоге тоже реализуется в электромагнитном поле почвы. Имея разные заряды в разных своих горизонтах, почва генерирует электрическое поле, токи, и электромагнитные поля и излучения. Суммарная наработка этих полей: биогенного и почвенно-электрохимического позволяет говорить о большом вкладе энергетики почвы в электромагнитное поле биоты планеты. Неудивительно, что Антей набирал непобедимую силу от Матушки-Земли!
Биосферность почвы
В заключение почвоведческих экскурсов надо сказать о биосферной роли почвы. Почвообразовательные процессы не замкнуты в почве – они выходят за её пределы. В ходе этих процессов почва постоянно забирает минеральное вещество у земной коры. Этим она пополняет свой минеральный состав. Но идёт и обратный процесс. Благодаря почве биогенное вещество оседает в виде минеральных отложений и наращивает осадочные породы земной коры. Б.Л. Личков и Л.С. Берг показали, что «осадочные породы могут формироваться и на поверхности материков в ходе процессов почвообразования» (А.В. Лапо), а не только в морях (придонно), как считал Вернадский.
О значении почв для формирования литосферы и всей биосферы прекрасно сказал Полынов: «Именно здесь, в почвах, сосредоточена геологическая работа живого вещества; именно в почвах готовится тот материал континентальных и морских отложений,
