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].
1.3.2 Глобальные (биосферные) функции почвенного покрова
Помимо охарактеризованных биогеоценотических функций почвы, почвенный покров, как компонент биосферы, выполняет ряд биосферных функций (табл. 3). Проанализируем влияние загрязнений железнодорожного транспорта на способность почвы выполнять основные биосферные функции.
1.Среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши. Загрязненная железнодорожным транспортом почва является малопригодной или вовсе непригодной для обитания большинства живых организмов. Даже если почва не становится безжизненной, то формирующиеся на ней биоценозы отличаются малым объемом биомассы, низкой скоростью биологических процессов, узким видовым составом (биоразнообразием), слабой устойчивостью и т.д
Таблица 3
Глобальные функции почв [12]
| Сферы влияния | |||
| Литосфера | Гидросфера | Атмосфера | Биосфера в целом |
| биохимическое преобразование верхних слоев литосферы | трансформация поверхностных вод в грунтовые | поглощение и отражение солнечной радиации | среда обитания, аккумулятор и источник вещества и энергии для организмов суши |
| источник вещества для образования минералов, пород, полезных ископаемых | регулирование влагооборота атмосферы | связующее звено биологического и геологического круговоротов | |
| передача аккумулирован-ной солнечной энергии в глубокие части литосферы | участие в формировании речного стока | источник твердого вещества и микроорганизмов, поступающих в атмосферу | |
| фактор биопродуктивности водоемов за счет приносимых почвенных соединений | поглощение и удержание некоторых газов от ухода в космическое пространство | защитный барьер и условие нормального функционирования биосферы | |
| защита литосферы от чрезмерной эрозии и условие ее нормального развития | сорбционный защищающий от загрязнения барьер акваторий | регулирование газового режима атмосферы | фактор биологической эволюции |
2.Сопряжение большого геологического и малого биологического круговоротов веществ на земной поверхности. Следствием снижения интенсивности биологических процессов является ослабление биологического круговорота вещества и усиление геологического. Это выражается в развитии эрозии почв, усилении процессов денудации суши, приводит к удалению с поверхности суши биофильных элементов.
3.Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы. В почве, загрязненной объектами железнодорожного транспорта, происходит изменение биогеохимических и геохимических процессов, что отражается на направленности трансформации и миграции веществ между почвой, атмосферой и гидросферой. Например, ослабление интенсивности почвенного «дыхания» снижает поглощение почвой кислорода и выделение в атмосферу углекислою газа.
4.Защитный барьер биосферы. Почва, в большей степени, чем другие компоненты биосферы, нейтрализует в себе значительную часть загрязняющих биосферу веществ, в частности загрязнений железнодорожного транспорта, тем самым, предотвращая их поступление в живое вещество. При загрязнении железнодорожным транспортом буферные (защитные) свойства почвы снижаются.
5.О6еспечение существования жизни на Земле. Венцом всех охарактеризованных экологических функций почвы выступает ее плодородие, обеспечивающее возможность существования жизни на континентах в современной форме, а также жизнь и хозяйственную деятельность человека. Загрязнение объектами железнодорожного транспорта снижает почвенное плодородие, продуктивность и устойчивость экосистем, ухудшает здоровье и качество жизни населения, сокращает продолжительность жизни.
Нарушение общебиосферных функций, выполняемых почвой, в результате целого комплекса причин, только одной из которых является загрязнение объектами железнодорожного транспорта, в настоящее время принимает планетарный характер. Этот процесс вносит свою отрицательную лепту в развитие глобального экологического кризиса и создает угрозу стабильного существования биосферы.[6]
Глава 2. Ферментативная активность как показатель эколого-функционального состояния почвы
2.1 Показатели эколого-функционального состояния почвы и выбор наиболее информативных показателей
Мониторинг и диагностика почв приобретают в настоящее время актуальное значение, как для проведения фундаментальных научных исследований, так и для выполнения практических производственных мероприятий [13].
Наиболее полным исследование состояния загрязненных объектами железнодорожного транспорта почв, будет в том случае, если будут определены следующие показатели:
- прямые показатели загрязнения почв: общее (валовое) содержание загрязнений, содержание подвижных (экстрагируемых) форм загрязнений, мощность загрязненного слоя и др.;
- показатели изменения свойств почв под действием загрязнителей: активность почвенных ферментов, скорость основных микробиологических процессов, численность почвенных микроорганизмов и структура микробоценоза, содержание подвижных соединений азота и фосфора, фитотоксичность и др.;