1.3 Влияние загрязнения на экологические функции почв

Почва, является неотъемлемой частью любого биогеоценоза и биосферы в целом. При этом, она выполняет ряд экологических функций, в т.ч. глобальных биосферных, обеспечивающих стабильность биосферы и саму возможность существования жизни на Земле [3].

В настоящее время принято деление экологических функций почвы на две большие группы: экосистемные (биогеоценотические) функции почвы и глобальные (биосферные) функции почвенного покрова [4].

1.3.1 Экосистемные (биогеоценотнческие) функции почвы

Являясь частью любого наземного биогеоценоза, почва выполняет ряд экосистемных (биогеоценотических) функций (рис. 1). Загрязнение почвы приводит к их нарушению.

1. Функции почвы, обусловленные физическими свойствами: жизненное пространство, жилище и убежище, механическая опора, депо семян и других зачатков.

В рассматриваемом аспекте наиболее важными являются такие физические свойства почвы как структура, плотность, влагоемкость, водопроницаемость, темпeрaтyрa, теплопроводность и др.

Многочисленные данные свидетельствуют, что при загрязнении почвы предприятиями железнодорожного транспорта ухудшается структура почвы, увеличивается плотность, уменьшается общая порозность, снижается водопроницаемость, ухудшается водно-воздушный режим почв [5].

В результате девегетации усиливаются процессы эрозии и дефляции почвы. В последнем случае наблюдается разрушение почвы, которое делает невозможным выполнение почвой не только этой группы функций, связанной с физическими свойствами, но и любых других ее функций.

При загрязнении физические свойства почв изменяются в последнюю очередь. Это происходит только при очень значительном накоплении загрязнений в почве - около 10 ПДК и более [6].

Депо семян и других зачатков

Жизненное пространство

Физические

Жилище и убежище

Механическая опора

Р ис.1. Экосистемные (биогеоценотические) функции почвы [7]

2. Функции почвы, связанные преимущественно с ее химическими, физико-химическими и биохимическими свойствами: источник элементов питания; депо влаги, элементов питания и энергии; сорбция веществ, поступающих из атмосферы и с грунтовыми водами; сорбция микроорганизмов; стимулятор и ингибитор биохимических и других процессов.

Выполнение перечисленных функций зависит от таких свойств почвы как содержание и запасы гумуса и элементов минерального питания, влагоемкость, щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условия, активность ферментов и др.

Высокие дозы загрязнений вызывают алифатизацию гумуса , что ведет к увеличению содержания углеводов, гидролизуемости гумуса, степени окисляемости гумуса и соответственно значений крнцентрации гумуса[8].Загрязнение почв предприятиями железнодорожного транспорта влияет и на качественный состав гумуса, в основном снижается содержание гуминовых кислот и увеличивая содержания фульвокислот[6].

Как правило, загрязнения почвы ингибируют процессы азотфиксации, аммонификации, нитрификации и минерализации. Однако, в ряде случаев, при невысокой концентрации загрязнений или в богатых гумусом почвах, отмечается усиление интенсивности этих процессов, вследствие чего возрастает содержание в почве доступных растениям форм азота, а часто и фосфора, т.е. происходит улучшение питательного режима почвы [9].

Загрязнение почвы практически всегда ведет к снижению ферментативной активности почв, так как ингибирование ферментов является характерным свойством загрязнений железнодорожного транспорта.

Изменение вышеуказанных свойств происходит уже при менее значительном загрязнении почвы - около 1 ПДК и более.

3.Информационная группа биогеоценотических функций почвы: сигнал для ряда сезонных и других биологических процессов; регуляция численности, состава и структуры биоценозов; пусковой механизм некоторых сукцессий; «память» биогеоценоза. По сравнению с вещественной и энергетической сторонами природных процессов и явлений информационный аспект исследуется относительно недавно. Отчасти именно поэтому сведения о влиянии загрязнений на эту группу экологических функций почвы практически отсутствуют. Исключение составляет информация об изменении численности, состава и структуры биоценозов.

По имеющимся данным, загрязнение почв объектами железнодорожного транспорта оказывает значительное влияние на общую численность, видовой состав и активность почвенной микробиоты. При загрязнении почв железнодорожным транспортом численность почвенных микроорганизмов может снижаться, не изменяться, и даже увеличиваться. [6] Более однозначными являются изменения состава и структуры комплекса почвенных микроорганизмов, которые проявляются в снижении видового разнообразия [10].

4.Целостные биогеоценотические функции почвы: аккумуляция и трансформация веществ и энергии, находящихся в биогеоценозе или поступающих в него; санитарная функция; буферный и защитный биогеоценотический экран; условия существования и эволюции организмов.

Выполнение почвой этой группы функций зависит от всех ее свойств. На примере данной группы функций наиболее отчетливо прослеживаются обратные связи между загрязнением почвы железнодорожным транспортом и способностью почвы выполнять свои экологические функции. С одной стороны, именно указанные функции призваны предотвращать негативные последствия загрязнения почв железнодорожным транспортом, с другой стороны, когда свойства почвы, определяющие эти функции, не выдерживают антропогенного пресса, и происходит срыв в их работе, тогда и возникают нарушения в функционировании почвы и всей экосистемы. Именно под устойчивостью данных функций должна пониматься устойчивость почвы к загрязнению объектами железнодорожного транспорта.

О влиянии загрязнения объектами железнодорожного транспорта на группу целостных биогеоценотических свойств почвы можно судить по показателям фитотоксичности почвы. Загрязнения объектов железнодорожного транспорта приводят к увеличению фитотоксических свойств почвы [11].

Ухудшение целостных функций почвы происходит одновременно с ухудшением группы химических, физико-химических и биохимических функций почвы, т.е. при содержании загрязнений около 1 ПДК и более [6].