Гуминовые кислоты, накапливая солнечную энергию, сами уподобляются в своей геометрии Солнцу. Ароматическое ядро – звезда, алифатические цепи – расходящиеся лучи.
Одним из наиболее специфических почвенных свойств стоит признать наличие специфических органических веществ, они содержаться в любой почве и большинстве парапочв. Эти вещества настолько важны в биосфере, что В. А. Ковда, продолжая учение В. И. Вернадского о биосфере, предложил считать гумусовый слой планеты особой энергетической оболочкой – гумосферой. Растительные остатки, поступая в почву, несут около 17-21 кДж энергии на 1 г сухого вещества. По данным С. А. Алиева, 1 г гуминовой кислоты содержит от 18 до 22 кДж, 1 г фульвокислоты около 19 кДж, 1 г липидов – 35,5 кДж. Почвы, содержащие среднее количество органического вещества 4-6% и имеющие средние запасы гумуса (200-400 т/га), накапливают на 1 га столько энергии, сколько дают 20-30 т антрацита.
Энергия гумуса, это энергия порядка. Она снижает энтропию системы. Расходуется на оструктуривание почв, тем самым, создавая благоприятные условия для произрастающих растений и деятельности звена деструкторов экосистем. Почвенный агрегат является почвенной клеткой, в которой протекают многие элементарные процессы, а в гумусовых горизонтах создаются оптимальные для данных условий условиях водно-воздушного и пищевого режимов. Также оструктуривание почв гумусовыми веществами, имеющими в своих молекулах гидрофобные цепи, способствует противоэрозионной стойкости, в тоже время гидрофильные части молекул вносят вклад в капиллярность, отчего влага быстро впитывается.
Часть энергии гумуса расходуется на преобразования минеральной массы, обеспечение питания растений, беспозвоночных животных и микроорганизмов.
Общие запасы углерода биосферы оцениваются величиной 2-3∙1012 т. Большая часть органического углерода приходится на сушу и в первую очередь на почвенный гумус. В результате фотосинтеза ежегодно связывается около 50∙109 т углерода из атмосферы, а при отмирании на поверхность почвы в виде опада поступает около 40∙109. Часть опада минерализуется, но значительная часть по разным источникам от 0,6 до 25∙109 т углерода в год превращается в гуминовые вещества.
Если определять теплотворность растения, то наименьшее количество энергии аккумулируется в корнях, наибольшее в листьях. Овингтон и Эйтками, анализируя результаты всех опытов, пришли к выводу, что только 1-2,7 % приходящей солнечной энергии используется экосистемой. В дальнейшем на каждый последующий трофический уровень также передаётся лишь 1% энергии, остальная энергия закрепляется, либо рассеивается.
Происходит ли в почве ежегодное увеличение содержания гумуса, т. е. запасенной энергии? С. Я. Трофимов (2002) выделяет три типа биологического круговорота:
1) аккумулятивный;
2) регрессивный;
3) квазистационарный.
В первом случае экосистема накапливает органическое вещество и энергию вместе в ним, во втором случае органическое вещество срабатывается, а в третьем количество разлагающейся органики = количеству поступающей в почву. Эти типы задаются отношениями гетеротрофного блока экосистемы с автотрофным. Для экосистем предпочтителен третий тип, так как первые два типа не могут существовать продолжительное время.
Если принять во внимание, что глобальные цифры свидетельствуют о выводе углерода из атмосферы, то верно есть на планете несбалансированные экосистемы. Существование же их говорит о том, что планетарные условия меняются, вызывая адекватные реакции биосферы.
Интересные данные о запасах энергии в экосистемах приводятся В. Р. Волобуевым (1974).
Таблица 1 – Энергия, связанная с основными компонентами характерных почвенно-растительных систем (в верхнем 3-х метровом слое почвогрунтов сечением 1 см2) и растительном веществе
| Зональный тип биогеоценоза и почва | Энергия компонентов в приземном слое и почве, кал | |||
| Затраченная на минеральные преобразования | Аккумулиро-ванная в гумусе | Аккумулиро-ванная в раститель-ном сообществе | Всего | |
| Тундровый, глеево-тундровая | 1230 | 6000 | 450 | 7680 |
| Таежный, подзолистая | 2460 | 6800 | 14250 | 23510 |
| Влажнотропический, красноземная | 12350 | 9200 | 71250 | 9280 |
| Степной, чернозем | 5040 | 20000 | 2250 | 27290 |
| Сухостепной, каштановая | 2100 | 8000 | 1500 | 11000 |
| Полупустынный, серозем | 3920 | 4000 | 750 | 2670 |
Из табл. 1 хорошо видны принципиальные различия энергетических показателей исследуемых почв. Так, чернозем характеризуется преобладающей аккумуляцией энергии в гумусе (88 % от суммы энергии в гумусе и растительном веществе), тогда как во влажнотропическом сообществе доля энергии гумуса составляет лишь 11%, а главным аккумулятором энергии оказывается растительность.
Эти данные хорошо согласуются выдающимся и устойчивым плодородием черноземов, так же как и краткостью периода высокой производительности почв из-под только что сведенных влажнотропических лесов, т. е. пока в почве сохраняются некоторые органические остатки и элементы биогенной аккумуляции (Волобуев В. Р., 1974).
Энергия гумуса способствует снижению затрат при с/х производстве. Почвы с высоким содержанием гумуса быстрее просыхают весной и раньше пригодны к обработке, требуют меньше затрат на механическую обработку. Эксплуатационные расходы на высокогумусных почвах сокращаются при возрастании производительности почвообрабатывающих агрегатов. Увеличение содержания органического вещества ведёт к снижению равновесной плотности почв, что создаёт условия для минимализации обработок при повышении их интенсивности.
В заключении отметим, что почвенный покров «ответствен» за постоянное функционирование биоценозов, он является необходимым условием существования жизни. Именно почвенные условия определяют самое первое звено глобальных трофических цепей – продуцирование растительной биомассы за счет её синтеза из элементов, находящихся в почве и атмосфере, и использованием солнечной энергии. Все дальнейшие звенья – вторичны по отношению к этой первооснове жизни на планете. Одновременно почвенный покров «ответственен» за последнее звено трофических цепей. В почвах аккумулируются продукты конечного метаболизма живых организмов, основной формой этой аккумуляции является почвенный гумус (Соколов И. А., 2004).
Литература
Бахнов В. К. Роль древнейших болот планеты в становлении современной биосферы // Болота и биосфера: Материалы Первой Научной Школы (23-27 сентября 2002 г.). Томск: Издательство Томского государственного педагогического университета, 2003. – С. 72-81
Волобуев В. Р. Введение в энергетику почвообразования. – М.: Наука, 1974. – 128 с.
Почвоведение, ч. 1 (под ред. В. А. Ковды, Б. Г. Розанова). М.: Высшая школа, 1988. – с. 124-126
Соколов И. А. Теоретические проблемы генетического почвоведения. – Новосибирск: «Гуманитарные технологии», 2004. – 288с.