4. Устойчивость системы к воздействию внешних факторов зависит от устойчивости структурных взаимосвязей в ней и адекватности ответных реакций на внешние воздействия. По Гришину П.Н., показатель устойчивости системы «почва» к антропогенным нагрузкам описывается следующим выражением:
0 < hУСТ = åêb1ê : (ååêaiê+ åêbiê, где а – коэффициент, характеризующий положительное или отрицательное влияние входной переменной Хd и выходную переменную Х1 в уравнениях регрессии; hУСТ – устойчивость взаимосвязей параметров плодородия – функция саморегулирования почвы, как сложной системы. Указанный показатель характеризует степень экологической буферности почв, то есть способности почвы сохранять свои структурно-функциональные характеристики при массированном антропогенном воздействии. В ряде случаев проявляется правило, согласно которому эффект действия одного фактора на объект проявляется только при совместном действии другого фактора или двух других факторов, который можно было бы назвать эффектом необходимости третьего. При экстремально высоких воздействиях на систему число степеней свободы в ней уменьшается.
Эффект воздействия любого фактора на объект зависит от скорости процесса воздействия. Однако, для разных объектов понятия скорости и времени относительны. (Один день для развития мотылька, живущего 1 день, несет совсем другую временную функцию, чем 1 день для древесного растения, живущего 100-1000 лет, пшеницы, развивающейся 1 вегетационный период, почвы, развивающейся 500 тысяч лет). У каждого объекта свое исчисление времени, определяемое интенсивностью и скоростью внутренних процессов, в первом приближении, пропорциональных продолжительности жизни.
При оценке влияния продолжительности воздействия и скорости воздействия на объект существуют закономерности: 1) более молодые объекты более податливы воздействию; 2) эффект определяется продолжительностью воздействия относительно времени всей жизни; 3) фазой развития объекта; 4) продолжительностью воздействия относительно скорости развития процессов в организме; 5) кратностью включения действующего на объект вещества в процессы метаболизма объекта в течение его жизни, наиболее активной фазы развития; 6) градиентом изменения интенсивности воздействия во времени; 7) закономерной сменой кода воздействия во времени. Адаптация и селективность почв и растений к определенным факторам внешней среды, заложенная в молодом возрасте объекта, сохраняется и в течение всей жизни объекта. Совокупность факторов воздействует сильнее всего на организмы в те фазы их развития, когда они имеют наименьшую толерантность.
1. Формирование почв, как компонента экосистемы и ее экологических функций обусловлено взаимовлиянием на почву внешних факторов. В отдельных случаях влияние одного из внешних факторов, в значительной степени, превышает влияние других, но в большинстве случаев отмечается сложное взаимовлияние факторов на формирование почв и их экологических функций
2. Эволюция почв обусловлена не только известными факторами почвообразования (климатом, рельефом, растительностью, почвообразующими породами, возрастом почв, антропогенным влиянием), но и воздействием различных видов геофизических полей. Эффект их влияния определяется при сложении векторов с учетом скалярных величин действия этих факторов на протекающие в почве процессы. Часто силовые линии геофизических полей определяют накопление токсикантов и проявление экологических функций почв, формирование почвенно-геохимических барьеров. В таких ситуациях очаги накопления токсикантов не могут быть устранены без коренной переделки природы, и их лучше оставить без изменения, т.к. эффект любых мелиораций будет исчезать через несколько лет.
3. Формирование экологических функций почв, как компонента экосистемы, зависит от экологических функций растительности, рельефа, грунтовых вод, почвообразующих пород. Отмечается аддитивное взаимодействие, синергизм и антагонизм взаимного влияния компонентов экосистемы, внешних факторов, свойств, процессов и режимов почв.
4. Существует взаимосвязь состояния соединений ионов на гранях отдельностей, в педах и кутанах, в почвенном растворе, в горизонте, профиле почв, в отдельном компоненте структуры почвенного покрова, в ландшафте. Существует иерархическое соподчинение состояния соединений ионов, концентрационных и других полей в отдельных компонентах ландшафта. Все части почвы связаны с целым функциональным ее механизмом и только через это целое взаимодействуют между собой.
5. Активный слой почвенного покрова обладает свойством накапливать результаты внешних воздействий.
6. Важная движущая сила процессов в системе почва-растение – градиент действующих на систему факторов.
7. По мнению Мотузовой Г.В., у геологической породы с факторами выветривания обратная положительная связь; с каждым шагом выветривания воздействие усиливается.
8. Прогрессивное развитие почв также может лимитироваться недостатком кальция, азота и т.д., избытком свинца и кадмия, но и отсутствуем отдельных видов биоты, резким ингибированием отдельных процессов почвообразования; экстремальными значениями отдельных факторов почвообразования и т.д.
9. Почва развивается и постепенно стареет, приходит к климаксному состоянию, когда накопление энергии находится в соответствии с коэффициентом радиационного баланса и коэффициентом увлажнения. Такое состояние характерно и для культурных почв. Чем более молодая почва, тем она более динамична и податлива к изменению своих свойств до оптимума, чаще более плодородна с учетом коэффициента использования солнечной и антропогенно затраченной энергии.
10. Развитие экосистем и, в частности, почв и растений определяется трансформацией, миграцией и накоплением не только вещества и энергии, но также информации. Информация заключена в строении почвенного профиля, составе гумуса, вторичных минералов, ППК, новообразований, в структуре почвенного покрова. Эта информация дает возможность проследить путь эволюции почв или отдельных компонентов. Однако, в дополнение к историческому аспекту, следует учитывать и ряд аспектов информации имеющих практическое значение.
а) Информация, заключенная в почве, позволяет оценить будущий ход их развития. Прошлое определяет, в значительной степени, будущее. Будущее определяет настоящее. Зная промежуточный этап стадии, например, химической реакции, мы можем оценить и конечный этап. Знание будущего пути развития почв позволяет найти и пути их регулирования.
б) В отдельных горизонтах почв заключена не только информация об эволюции почв, но они имеют и разные агрономически важные свойства. Вряд ли правильно при выращивании культур (и при оценке трансформации ионов в почвах) не учитывать градиент физических полей между горизонтами. Неверно оценивать плодородие только по свойствам горизонта Ап, ведь в разные фазы развития растений в каждом горизонте будет и определенное количество корней и, если один из подпахотных корнеобитаемых слоев токсичен, то плодородие Ап не гарантирует урожай.
в) Свойства почв значительно отличаются в разных гранях структурных отдельностей; они значительно отличаются в разных слоях структурных отдельностей (как в кольцах на срезе деревьев). Очевидно, что процессы взаимодействия, в том числе и удобрений, протекают на грани отдельностей, а не внутри них. Растения также больше питаются с поверхностей граней. Недооценка этого явления вносит существенные ошибки в разрабатываемые проекты.
г) Свойства почв в поле и сухих растертых образцов существенно отличаются. В полевых условиях мы оцениваем «живые» почвы и современные процессы, которые определяют сейчас развитие почв и растений. В сухих растертых образцах мы оцениваем изменения, накопившиеся за много лет. Надо осознать, что, как по мертвой птичке нельзя оценить процессы при ее жизни, так и по анализу мертвых почв нельзя полно судить об их жизни.
д) В почве, как в матрице, заключены код и память для воспроизводства подобных существующим в почве компонентов. Например, внеся с удобрениями в дерново-подзолистую почву фосфаты кальция, мы находим их трансформированными в фосфаты железа и алюминия, характерные для этой почвы. Внеся в эту почву любые органические остатки, мы через определенный промежуток времени находим в почве гумус с характерным для нее соотношением СГК:СФК = 0,6-0,7 и т.д.
С практической точки зрения, необходимо знать эту трансформирующую способность почв, имеющую определенную емкость. Это позволяет прогнозировать поведение удобрений, мелиорантов и токсикантов в конкретных почвах. Информацию о свойствах почв несут излучаемые и отражаемые поля, воздушные экзаметаболиты, водные мигранты. Эту информацию улавливают растения; она регулирует их развитие. Информация – это не только ключ к познанию происхождения почв, это закодированный путь саморазвития, это перспективный путь регулирования, как биопродуктивности угодий, так и плодородия почв. Каждая часть почвы несет информацию, которая, посредством селективных носителей, распространяется повсюду.
5. Экологическая устойчивость почв и агроэкосистем.
Понятие о деградации почв
В толковом словаре по почвоведению (1975) деградация, в широком смысле слова, определяется, как совокупность процессов, ухудшающих плодородие почв, в более узком – как процессы разрушения структуры, потери гумуса, обменных оснований, сокращение обеспеченности доступными элементами питания. С точки зрения экологии, это дополнительно сокращение экологических функций почв. Кирюшин В.И. (1998) отмечает, что под деградацией почв следует понимать устойчивое ухудшение их свойств и связанное с ним сокращение или утрату экологических и производственных функций. Фрид А.С. (1999) определяет деградацию почв, как одно из проявлений эволюции или катастрофических не эволюционных изменений, оцениваемых человеком в аспекте хуже - лучше, которое может вызываться природными и антропогенными факторами.