WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 19 |

«Институт МГУ имени Государственный фундаментальных М.В. Ломоносова биологический музей проблем биологии РАН имени К.А. ...»

-- [ Страница 5 ] --
Т.С. Демкина, к.б.н., в.н.с., Т.Э. Хомутова, к.б.н., в.н.с Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Институт микробиологии им. С.Н.Виноградского РАН Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Проведенные микробиологические исследования подкурганных па леопочв сухих и пустынных степей Нижнего Поволжья показали (Дем кина и др., 2000, 2004 и др.), что в них до настоящего времени сохраняются микробные сообщества, существовавшие во время сооружения археоло гических памятников. Это подтверждено выявленными закономернос тями распределения численности микроорганизмов различных трофи ческих групп в курганных насыпях, погребенных и современных почвах (Демкина и др., 2007), данными определения возраста микробной фрак ции с использованием метода 14С атомной масс-спектрометрии (Demkina et al., 2008). Сохранению микроорганизмов прошлых эпох способствова Исследования проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Программы фундаментальных исследований Президиума РАН.

ли их адаптационные механизмы выживания (анабиоз, переход бактерий в наноформы и др.) в неблагоприятных экологических условиях (Буха рин и др., 2005;

Вайнштейн, Кудряшова, 2000). С применением электрон ной микроскопии установлено, что в гор. А1 подкурганной каштановой почвы 77 % клеток относятся к наноформам (их объемы не превышают 0,09 мкм), а в современном аналоге – 6 % (Каширская, 2006). Цитологи ческие исследования искусственно образованных наноклеток позволили предполагать, что их формирование представляет универсальную ответ ную реакцию организма на неблагоприятные условия и стресс-факторы (Вайнштейн, Кудряшова, 2000). Бактериальные сообщества, выжившие в условиях природной консервации, привлекают особое внимание в свя зи с наличием у них эффективных механизмов, обеспечивающих дли тельное сохранение их жизнеспособности. Длительно переживающие сообщества отличаются высокой степенью гетерогенности, что проявля ется в несоответствии потенциальной биологической активности, опре деляемой прямым методом дифференцированного подсчета «живых» и «мертвых» бактериальных клеток (краситель DAPI) и реально выявля емой при их культивировании в стандартных условиях на питательных средах. Согласно современным представлениям, микробные популяции представляют собой сложную, дифференцированную систему, которая характеризуется функциональной специализацией клеток. Координа ция деятельности таких клеток требует наличия регуляторных (комму никативных) связей (Олескин и др., 2000), осуществляемых с помощью сигнальных молекул. Показана возможность (табл.) стимулировать про растание колонеобразующих единиц (КОЕ) законсервированного дли Изменение жизнеспособности бактерий в гор.А1 подкурганных и совре менной почв после прединкубации с ИУК (10-4 М) в течение 40 минут Подкурганная каштановая, (5,40 ± 0,1)х108 (2,00 ± 0,1)х1011 Не опр.

(~4800) Подкурганная каштановидная, (2,80 ± 0,4)х108 (1,20 ± 0,2)х1010 Не опр.

(~4000) Современная каштановая тельно покоящегося микробного пула на 2– порядка при выделении его из образцов подкурганных палеопочв с помощью -индолил--уксусной кислоты (ИУК) как сигнального вещества (Demkina et al., 2008).

Для определения степени устойчивости микробных сообществ разновозрастных подкурганных каштановых палеопочв и палеосо лонцов изучены закономерности временной изменчивости суммар ной, живой и активной биомассы их микробных сообществ и прове дено сравнение с современными аналогами.

Суммарная микробная биомасса (СМБ) включает максимальное число микробных клеток на разных стадиях их жизненного цикла, в том числе некультивируемые формы, мертвые клетки и др. (Хомуто ва и др., 2004, Khomutova et al., 2007). Показано, что в современных каштановых почвах и солонцах Северных Ергеней средневзвешенное значение СМБ (гор. А1, В1, В2) составляет 94 и 1995 мкг С/г почвы.

В аналогичных почвах Приволжской возвышенности – 244–4558 (в разные годы) и 2241 мкг С/г почвы соответственно (рис. 1А). В каш тановой палеопочве и палеосолонце Северных Ергеней, погребенных около 2000 лет назад, СМБ составила 879 и 167 мкг /С г почвы, что незначительно меньше, чем в фоновых аналогах. В каштановой почве Приволжской возвышенности в хроносрезы ~00, ~750, ~1800, ~1950, ~4000, ~4800, и ~5000 лет назад СМБ изменялась от 90 до 218 мкг С/г почвы в зависимости от палеоклиматических условий. В солонце Приволжской возвышенности, погребенном под валом Анны Иоан новны ~00 лет назад, СМБ несколько больше таковой современной почвы и составила 257 мкг С/г почвы (см. рис. 1Б).

Живую микробную биомассу в почвах оценивали по содержа нию фосфолипидов (ФЛ), так как они являются обязательным ком понентом мембран живых клеток, независимо от их физиологичес кого состояния (Findlay, 1996;

Frostegard et al., 1991). В современных каштановых почвах и солонцах Северных Ергеней содержание ФЛ составило 52 и 4 мкг/г почвы (средневзвешенное значение в гор.

А1, В1, В2) соответственно. В аналогичных почвах Приволжской возвышенности – 54–197 (в разные годы) и 42 мкг/г почвы. В под курганных палеопочвах Северных Ергеней, погребенных ~2000 лет назад, содержание ФЛ в каштановой почве и солонце было близким и составило  и 1 мкг/г почвы соответственно. В полеокаштано вых почвах, погребенных под курганами (~750, ~1800, ~1950, ~4000, ~4800, и ~5000 лет назад) и валом Анны Иоанновны (~00 лет назад), средневзвешенное содержание ФЛ составило 94–174 и 4 мкг/г поч вы. В палеосолонце (~00 лет назад) – 60 мкг/г почвы, что больше, чем в современном аналоге (рис. 2).

Рис. 1. Содержание суммарной микробной биомассы в современных (А) и погребенных (Б) почвах (средневзвешенные величины в гор.

А1+В1+В2): 1 – каштановая почва;

2 – солонец Активная биомасса представляет собой часть микробного со общества, клетки которой метаболически активны, либо способны переходить в активное состояние при добавлении в почву глюкозы.

Оценку проводили методом субстрат-индуцированного дыхания (Anderson, Domsch, 1978). В современной каштановой почве При волжской возвышенности средневзвешенное значение (гор. А1, В1, В2) величины активной биомассы (С-СИД) составляет 124–220 (в разные годы) мкг С/г почвы. В погребенных палеопочвах значения Рис. 2. Содержание живой микробной биомассы в современных (А) и погребенных (Б) почвах (средневзвешенные величины в гор.

А1+В1+В2): 1 – каштановая почва;

2 – солонец этой величины резко снижаются от 44 до 0,4 мкг C/г почвы в различ ные исторические отрезки времени (рис. А).

Полученные данные показывают, что в палеопочвах сохраняются микробные сообщества. Их суммарная биомасса составляет 20–9 % микробной биомассы современных аналогов, в некоторых палеопоч вах до 105 %. Во всех почвах присутствует определенный пул жизне способных микроорганизмов (оцененный по содержанию фосфоли пидов), и он сопоставим с таковым современной почвы (составляет 48–142 % уровня современного). Биомасса микроорганизмов в мик робном сообществе палеопочв, способных давать отклик на внесение глюкозы, колеблется от ничтожно малых величин (0,2 %) до 20–6 % уровня современного аналога (см. рис. 1, 2, Б).

Рис. 3. Активная микробная биомасса в подкурганных и современной каштановых почвах Приволжской возвышенности (А) и ее доля от содержания в современной почве (Б) (средневзвешенные величины в гор. А1+В1+В2) При погребении почв микробное сообщество оказывается в неха рактерных для него условиях. При этом значительная его часть, пре одолевая стрессовые условия окружающей среды (неблагоприятный гидротермический режим, прекращение поступления растительного опада и т.д.), переходит в покоящееся состояние. Остается открытым вопрос о сохранении мицелия микроскопических грибов в этих ус ловиях и его структуре. Известно, что темноокрашенный мицелий способен обитать в экстремальных условиях. Пигменты типа мела нинов определяют устойчивость грибного мицелия против лизиса, Рис. 4. Содержание (средневзвешенное в гор. А1+В1+В2) и структура мицелия микроскопических грибов в подкурганных и современной каштановых почвах (Северные Ергени) высыхания, смягчают воздействие неблагоприятных температурных условий, а также обеспечивают сохранность клеточных структур в процессе длительного углеродного голодания.

Биомасса грибных гиф в современной каштановой почве достигала 72 мкг/г почвы (средневзвешенная величина в гор. А1+В1+В2), доля тем ноокрашенного мицелия составляла 88 %. В погребенных почвах боль шая биомасса грибного мицелия установлена для почвы эпохи бронзы (~4500 л.н.), где она составила 6 мкг/г почвы. При этом на долю темноок рашенного мицелия приходится 98 %. В палеопочве, погребенной ~2000 л.

н., биомасса грибных гиф была несколько меньше (1 мкг/г почвы), в его структуре выявлены только пигментированные гифы (рис. 4).

Следовательно, в подкурганных палеопочвах степной зоны сохраня ется грибной мицелий на уровне 4–50 % его содержания в современных аналогах;

в его структуре увеличивается доля темноокрашенного мице лия до 98–100 % как более устойчивого к неблагоприятным условиям обитания.

Полученные доказательства консервации в подкурганных палеопоч вах микробных сообществ прошлых исторических эпох дают основания использовать различные микробиологические параметры в качестве ин дикаторов динамики палеоклимата, поскольку почвенные микроорганиз мы являются неотъемлемой составной частью почвы и участвуют в той или иной степени практически во всех процессах, протекающих в ней.

Бухарин О.В., Гинцбург А.Л., Романова Ю.М., Эль-Регистан Г.И. Механизмы вы живания бактерий. М.: Медицина, 2005. 67 с.

Вайнштейн М.Б., Кудряшова Е.Б. О наннобактериях // Микробиология. 2000. Т.

69 (№2). С. 16–174.

Демкина Т.С., Борисов А.В., Демкин В.А. Микробиологические исследования под курганных палеопочв пустынно-степной зоны Волго-Донского междуречья // Почво ведение. 2004. № 7. С. 85–859.

Демкина Т.С., Борисов А.В., Демкин В.А. Микробные сообщества палеопочв ар хеологических памятников пустынно-степной зоны // Почвоведение. 2000. № 9. С.

1117–1126.

Демкина Т.С., Борисов А.В., Ельцов М.В., Демкин В.А. Сравнительная характерис тика микробных сообществ курганных насыпей, подкурганных и современных почв степной зоны Нижнего Поволжья // Почвоведение. 2007. №6. С. 78–748.

Каширская Н.Н. Микробная биомасса подкурганных палеопочв степной зоны Нижнего Поволжья. Автореф. дисс. … к.б.н. Воронеж, 2006.

Олескин А.В., Ботвинко И.В., Цавкелова Е.А. Колониальная организация и межклеточ ная коммуникация у микроорганизмов // Микробиология. 2000. Т. 69. № . С. 09–27.

Хомутова Т.Э., Демкина Т.С., Демкин В.А. Оценка суммарной и активной микро бной биомассы разновозрастных подкурганных палеопочв // Микробиология. 2004. Т.

7. №2. С. 241–247.

Anderson J.P.E., Domsch K.H. A physiological method for the quantitative measurement of microbial biomass in soils // Soil Biol. Biochem. 1978. V. 10. N . P. 215–221.

Demkina T.S., Khomutova T.E., Kashirskaya N.N. and et al. Age and activation of microbial communities in soils under burial mounds and in recent surface soils of steppe zone // Eurasian Soil Science. 2008. Vol.41. N 1. P.149–1447.

Findlay R.H. The use of phospholipids fatty acids to determine microbial community structure // Molecular Microbial Ecology Manual. 1996. V. 4.1.4. P. 1–17.

Frostegard A., Tunlid A., Baath E. Microbial biomass measured as total lipid phosphate in soils of different organic content // Journal of Microbiological Methods. 1991. V. 14. P. 151–16.

Khomutova T.E., Demkina T.S., Borisov A.V. and et al. An assessment of changes in properties of steppe kurgan paleosoils in relation to prevailing climates over recent millennia // Quaternary Research. 2007. Vol.67. №. Р.28–6.

ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ КАК НАУКА БИОСФЕРНОГО

КЛАССА

Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, г. Новосибирск Экология почв как самостоятельная наука наиболее активно на чала развиваться в последние 25 лет. Несмотря на то, что ряд очень существенных проблем в рамках этой науки остается не решенным, появилась возможность представить её методологию в полном объеме и определить её положение среди естественноисторических наук.

Очень долгое время самостоятельность экологии почв как науки учеными не признавалась, поскольку в рамках экологии – науки о взаимоотношениях организма со средой их обитания – почва рас сматривалась в роли последней и словосочетание «экология почв»

считалось некорректным. Выделение экологии почв в рамках почво ведения в качестве самостоятельного раздела (учения, отрасли, на правления и т.п.) также не поддерживалось учеными-почвоведами и вплоть до последнего времени считалось нецелесообразным, пос кольку многие вопросы, относящиеся к области экологии почв, рас сматривались в рамках других разделов теоретического и приклад ного почвоведения, таких как генезис почв, география почв, учение о факторах почвообразования и др. Чаще всего экология почв отож дествлялась с учением о факторах почвообразования. И этому были свои причины, которые проясняет анализ длительной и сложной ис тории становления этой науки.

Первым, кто, не выделяя в отдельный раздел и не произнося словосочетание «экология почв», наметил проблемы, составляющие суть экологии почв, был В.В. Докучаев. Он постоянно подчеркивал, что при решении любых вопросов почвоведения «надо иметь ввиду всю единую, цельную и нераздельную природу, а не отрывочные ее части». Он неустанно проводил мысль о том, что «необходимо изу чать соотношения, генетическую вековечную и закономерную связь, какая существует между мертвой и живой природой, между расте ниями, животными и минеральными царствами, а также человеком, причем ядром учения об этих соотношениях – между живой и мерт вой природой, между человеком и остальным миром, как органичес ким, так и минеральным – должно быть почвоведение». В.В. Докуча ев считал, что необходимо овладевать почвой и управлять ею с целью чисто практической, для чего надо, прежде всего, решить вопрос о закономерных соотношениях между характером и распределением почв и факторами–почвообразователями.

Но прошло около 25 лет, прежде чем Л.И. Прасоловым (192) было высказано предложение о выделении в рамках почвоведения учения об отношении почв к окружающим их условиям в отдельный раздел, который мог бы называться «экология почв» или «педоэколо гия». В качестве предмета этого учения он предлагал решение вопро са об отношении почв с окружающими условиями.

На такое определение Л.И. Прасоловым предмета исследований, по-видимому, оказал влияние В.В. Докучаев, который в своих рабо тах постоянно акцентировал внимание на необходимости изучения связей между живой и мертвой природой, а также человеком.

Для становления экологии почв как самостоятельной науки были характерны периоды накопления конкретных данных и рас смотрения частных вопросов, чередующиеся с выходом в свет осно вополагающих обобщающих и оригинальных работ, являющихся этапными в развитии этой науки и дающих четкое представление о её развитии.

Первым таким периодом оказались годы, прошедшие от момен та выхода в свет предложения Л.И. Прасолова, до появления первого оригинального исследования в рамках экологии почв – монографии В.Р. Волобуева «Почвы и климат» (195). Прошло долгих 0 лет, пре жде чем появилась эта первая специальная монографическая работа, посвященная одному из основополагающих вопросов экологии почв – закономерностям в системе «фактор почвообразования – почвы» и освещающая наиболее полно и всесторонне вопрос взаимодействия почв и климата. Спустя 10 лет увидела свет вторая монографическая работа В.Р. Волобуева – «Экология почв», в которой автор предлагал рассматривать экологию почв в качестве самостоятельной отрасли почвоведения, предметом которой должно быть не только выявление и характеристика закономерных соотношений между почвой и почвооб разователями, но и решение проблем взаимоотношения между почвой и средой, которые возникают при разного рода воздействиях на почву производственной деятельности человека (Волобуев, 196, с.5, 9).

В.Р. Волобуев (195, 1974) был первым, кто очень серьезно и обос нованно поставил вопрос о том, что проблемы, связанные с взаимоот ношениями почв и почвообразователями в естественных условиях и при антропогенезе, должны решаться иными, чем в географии, гене зисе и других разделах почвоведения методами, с позиций иных ме тодологических подходов, что и требовало выделения экологии почв в самостоятельный раздел почвоведения (или, по мнению В.Р. Воло буева, отрасль почвоведения). Этот ученый очень много сделал для развития экологии почв: предложил и обосновал оригинальные по ложения и методы экологии почв;

описал закономерности в системе «фактор почвообразования – почвы»;

разработал гидротермическую систему связи почв с климатом, выделил термо- и гидроряды с оп ределенными градациями тепла и увлажненности, дал термодинами ческое обоснование соотношений «почва – растение – климат», а так же разработал новое направление в рамках учения об экологии почв – “энергетика почвообразования” (Волобуев, 1974).

Но даже выход в свет 4-х основополагающих монографических работ и других многочисленных публикаций этого автора не убедили ученых-почвоведов в необходимости развивать экологию почв как самостоятельный раздел почвоведения, тем более, что незадолго до выхода в свет его первой монографии «Почвы и климат» была переве дена на русский язык книга Г. Иенни «Факторы почвообразования»

(1948). Ученые других специальностей продолжали считать почву средой обитания организмов, а словосочетание «экология почв» не правомочным.

Только спустя еще почти 20 лет после выхода последней моно графии В.Р. Волобуева (1974), были опубликованы в виде отдельной главы в монографии «Теоретические проблемы генетического почво ведения» оригинальные взгляды И.А. Соколова (199), где он привел обоснование необходимости выделения экологии почв в самостоя тельный раздел теоретического генетического почвоведения, занима ющийся изучением закономерностей, действующих в системе «почва – факторы». Он считал, что само понятие “экология почв” имеет право на существование, поскольку почва как целостное тело, являясь про дуктом взаимодействия факторов почвообразования – биоты, климата, породы, рельефа и времени – тоже взаимодействует с окружающей ее средой. Он полагал, что раздел “экология почв” равноправен с другими разделами, составляющими основу теоретического генетического поч воведения, такими, как “генезис и география почв”, но подчеркивал, что объект и предмет этих разделов существенно различается.

И.А. Соколов (199) впервые четко расставил акценты при опи сании этих различий, показав, что в отличие от учения о генезисе, экология почв не занимается познанием механизмов формирования почвенных свойств, но познает причины «запуска» этих механиз мов, и в отличие от географии почв не изучает распределение почв в реальном географическом пространстве, а занимается описанием закономерностей их расположения в абстрактном многомерном ко ординатном пространстве, где в качестве координат может выступать любое сочетание факторов почвообразования или отдельных их ха рактеристик. И.А. Соколов подчеркивал, что только с помощью зако нов экологии почв можно объяснить закономерности распределения почв в реальном географическом пространстве. Он считал, что эколо гия почв, являясь самостоятельным разделом теоретического гене тического почвоведения, может рассматриваться связующим звеном между учениями о генезисе и географии почв. “Единство этих трех разделов и составляет ядро фундаментального почвоведения, на ко тором базируются все прикладные его ветви”, – писал. И.А. Соколов (199, с. 64–65). И.А. Соколов, как и В.Р. Волобуев, очень продвинул разработку теоретических вопросов экологии почв, определив объект и предмет науки, предложив специфический понятийно-термино логический аппарат, дав оценку существующих методов и приёмов, сформулировав основные законы экологии почв. Предложенные методологические основы нового раздела теоретического почвоведе ния, как это было описано И.А. Соколовым, существенно расширили возможность интерпретации материалов, позволили по-новому под ходить к получению данных, и, что самое главное, описывать, нако нец, все вопросы экологии почв в единых терминах и опираться на ряд закономерностей и законов, которые были им сформулированы.

Но И.А. Соколов, как и предыдущие исследователи, считал, что область экологии почв лежит в рамках взаимоотношений почвы с окружающей их средой, хотя он более точно и ёмко сформулировал предмет исследований: изучение закономерностей, действующих в системе «почва – факторы».

И.А. Соколов положил начало определению и обоснованию необ ходимости введения специфичной для экологии почв терминологии, а для переходного периода, в течение которого будет разрабатывать ся эта терминология, попытался четко разграничить смысл одинаково звучащих понятий и терминов с позиций географии, генезиса и эко логии почв. Он также ввел новые, специфичные для экологии почв, понятия. Это направление, начатое И.А. Соколовым, охватывает одну из актуальных проблем в рамках экологии почв. Большой заслугой И.А. Соколова (199) было то, что он сформулировал ряд законов рас пределения почв в частном реальном экологическом пространстве для зрелых автономных почв, а также вывел некоторые закономерности, относящиеся к отдельным (частным) вопросам экологии почв, кото рые также дали новый стимул к развертыванию исследований в этом направлении. Им впервые было показано, что законы связей «природ ная среда – почва» могут быть различны (и даже противоположны) для гумидного и аридного педокосмов. Им также впервые было акцен тировано внимание на том, что термический фактор ответственен за интенсивность почвообразовательных процессов, т.е. количественную его сторону, тогда как качественная направленность почвообразования определяется в большей степени увлажненностью.

Таким образом, основные – этапные – работы, лежащие в основе становления «экологии почв», в качестве предмета рассматривали за кономерности соотношений между почвой и средой ее формирования, или закономерности, действующие в системе почва–факторы, т.е. в большинстве разработок предмет этого научного направления лежал в области взаимоотношений почв и факторов-почвообразователей.

Однако к этому времени в недрах почвоведения уже зароди лось новое направление – учение об экологических функциях почв (Добровольский, Никитин, 1986), рассматривающее роль почв в ре ализации ими экологических (и как следствие, общебиосферных) функций, ибо любое природное тело играет определенную роль в функционировании биосферы (или геосферы). Почва стал рассмат риваться как экологическое тело, выполняющее в биосфере комплекс функций разного уровня.

Истоки понимания почвы как экологического (биосферного) тела восходят к основоположнику почвоведения В.В. Докучаеву, ко торый уже при определении понятия «почва» ввел понятие «самосто ятельное естественноисторическое природное тело». Последнее стало основным, базисным для широкого класса естественноисторических (биосферных) наук, представляющих комплекс наук, направлен ных на познание законов функционирования биосферы (Галицкий, Тюрюканов, 1977). «Являясь элементарным (далее неразложимым без потери качества), оно стало исходным моментом, всеобщей и уни версальной основой изучения биосферы и ее систем, тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук» (Тюрю канов, Федоров, 1996, с.24).

То обстоятельство, что почва является самостоятельным естест венноисторическим природным телом, а также появление во второй половине XX в. системного подхода (который стал новой общенауч ной парадигмой) к познанию сложных объектов, привело к необхо димости пересмотра многих аспектов познания почвы, рассмотрению этого объекта биосферы с системных позиций. Почву стали рассмат ривать как биокосную экологическую систему, в которой биотические и абиотические компоненты связаны в единую целостность потока ми вещества и энергии. Именно как целостность (единое почвенное тело) почва взаимодействует с окружающей ее средой, обмениваясь с ней в целом веществом, энергией и информацией.

Естественный ход развития наук привел в последнюю четверть прошлого века к пересмотру объема понятия «экология». Эколо гия из чисто биологической науки, где среди центрального объекта экологических систем могут быть только биологические организмы, постепенно стала превращаться в биоцентрическую науку, в центре которой может стоять уже не только живой организм с его взаимоот ношением с окружающей средой, а некая «совокупность предметов и явлений с точки зрения объекта (как правило, живого или с учас тием живого), принимаемого за центральный в этой совокупности” (Реймерс, Яблоков, 1982, с. 17). Это предполагает, что и биокосные тела, к которым относится почва, могут быть центральным объектом экологии. Кроме того, развитие почвоведения, приведшее к появле нию в нем нового раздела – учения об экологических функциях почв, где принципы экологии и почвоведения представляют собой нераз рывное единство (Добровольский, Никитин, 1986…2006), привело к необходимости пересмотра некоторых методологических позиций экологии почв.

Учитывая вышеизложенные обстоятельства, почву в рамках экологии почв было предложено рассматривать исключительно как природную открытую экологическую систему, т.е. как систему био сферного типа, структурно-функциональная организация которой выступает в качестве объекта этой науки, а познание закономернос тей функционирования почвы как экологической системы в биосфе ре составляют суть её предмета (Дергачева, 2002). Это предполагает выявление закономерностей не только внешнего обмена веществом и энергией почвы с окружающей средой, в том числе с факторами почвообразователями (внешние связи), но и внутреннего единства, внутренних причинныех связей ее как системы (Дергачева, 2009). В связи с этим, круг основополагающих вопросов в рамках экологии почв должен охватывать общие закономерности вещественно-энер гетического обмена внутри почвы, взаимосвязи ее с окружающей средой и реализации почвой ее функций в экосистемах и биосфере в целом (т.е. в системах, стоящих иерархически выше).

Правомочность переноса акцентов экологии почв с познания закономерностей, действующих в системе «почва–факторы», на за кономерности функционирования почвы как системы биосферного типа, представляется вполне обоснованной.

В качестве методологической основы изучения внутренних свя зей в почве как экосистеме могут использоваться подходы А.А. Ля пунова и А.А. Титляновой (1971), разработанные ими для изучения круговорота вещества и энергии в биогеоценозах, изучения внешних связей. На данном этапе развития этой науки основой могут служить разработки В.Р. Волобуева и И.А. Соколова, а также материалы и подходы, которые имеются в работах, рассматривающих более час тные вопросы по отношению к экологии почв (Иенни, 1948;

Карпа чевский, 2005;

и др.). Что касается экологических функций почв, то основной круг решаемых вопросов очерчен в работах Г.В. Доброволь ского и Е.Д. Никитина (1986, 2006), этот раздел экологии почв нахо дится в стадии активного развития и можно надеяться, что вскоре бу дут сформулированы методологические принципы изучения общих и частных экологических функций почв.

В связи с вышеизложенным, в рамках теоретической экологии почв целесообразно выделение как минимум трех самостоятельных, но неразрывно связанных между собой разделов: раздела о внешних связях почв как системы, о внутреннем вещественно-энергетическом обмене между почвенными компонентами и об экологических функ циях почв (Дергачева, 2009). Г.В.Добровольским и Е.Д. Никитиным (2006) было предложено ввести понятие «интегральной экологии почв» и выделять в ней три блока: факторную экологию, занимаю щуюся практически изучением внешних связей, учение об экологи ческих функциях почв и о сохранении почв как незаменимого ком понента биосферы. Представляется, что задачи последнего раздела подразумеваются самим определением объекта и предмета экологии почв, поскольку функционирование почв в биосфере предопределят выполнение ими экологических и биосферных функций, которые в конечном итоге в своей совокупности направлены на обеспечение ус тойчивости экосистем и биосферы в целом. В то же время введение в перечень еще одного блока, задачи которого лежат в области позна ния закономерностей внутренних связей между компонентами почв, представляется логичным (Дергачева, 2009).

Таким образом, «экология почв» – это наука, в рамках которой предлагается выделять три взаимосвязанных блока: учение о вне шних связях почв с окружающей средой (факторная экология), уче ние о внутренних связях компонентов почв, определяющих ее как це лостное образование, как саморегулируемую биокосную природную систему открытого типа (экологическое почвоведение) и учение об экологических функциях почв.

Каково же место экологии почв в системе наук? Должна ли она рассматриваться как раздел теоретического генетического почвове дения (Соколов,199) или как раздел экологии (Гиляров, 1990), или в силу её комплексности она может рассматриваться в системе дру гих наук, имеющих отношение к функционированию биосферы. Хотя экология почв возникла на стыке двух естественноисторических наук – почвоведения и экологии – тем не менее, её нельзя рассматривать просто как интеграцию этих двух наук. Она представляет собой не просто интеграцию почвоведения и экологии, но является особой специфической наукой со своими проблемами, законами, методами, принципами, правилами и разделами. Её можно рассматривать ско рее как результат целостности, возникающей при взаимодействии (или своеобразном синтезе) наук, направленных на познание законов функционирования биосферы и обеспечения её устойчивости в меня ющейся природной обстановке. Н.В. Тимофеев-Ресовский писал, что именно “встречное движение наук о биосфере”, а не “взаимодополни тельность, не комплиментарность, не растворение одной науки в дру гой – вот наиболее существенная особенность развития биосферного естествознания, биосферного класса наук. Каждая наука, сохраняя свою внутреннюю специфику, вместе с тем раскрывает определенный аспект целостности биосферы» (Тюрюканов, Федоров, 1996, с. 167).

По-видимому, экологию почв можно рассматривать как одну из самостоятельных наук биосферного класса. При этом даже при изме нении акцентов в объекте и предмете, эта наука не теряет своей зна чимости в качестве теоретической основы почвоведения, наряду с ге незисом и географией почв. Эта интегративность и целостность трех разделов – генезиса, географии и экологии почв, каждый из которых может рассматриваться как самостоятельный раздел биосфероведе ния, составляют ядро теоретического почвоведения, о чем говорил И.А. Соколов (199). При этом почвоведение также представляет собой науку биосферного класса. Законы экологии почв, сформули рованные И.А. Соколовым (199) являются хорошей иллюстраци ей встречного движения почвоведения и экологии, приводящего к формированию новой специфической целостной науки – экологии почв. Эти законы, отражая реально существующие закономерности поведения почв в природе, отражают в то же время законы функци онирования почв в биосфере. Это является предпосылкой того, что «экологию почв» необходимо рассматривать как науку, возникшую не в недрах почвоведения или экологии, а в недрах учения о биосфере в качестве самостоятельного раздела биосферного класса наук.

Безусловно, любое научное направление или новая наука любого ранга не представляет собой нечто незыблемое, застывшее, они жи вут и развиваются: те или иные положения уточняются или расширя ются, выделяются разделы и подразделы, возникают новые идеи, раз ными авторами дается видение проблемы с разных сторон, что делает необходимым новый анализ состояния науки и выделения наиболее актуальных вопросов.

Выделение «экологии почв» в качестве самостоятельного раз дела биосферного класса наук также ставит ряд серьезных проблем, решение которых будет способствовать её развитию и окончательно му становлению. Среди самых актуальных из них на данный момент времени можно отметить необходимость разработки специфических методов, принципов и правил, позволяющих адекватно описывать обосновывать и формулировать общие и частные законы существова ния почв в экологическом пространстве, для чего требуется создание такого банка данных, который, во-первых, отвечает задачам экологии почв, и, во-вторых, отличается такой системой показателей, где клю чом является не тип почв, а свойство педона. Не менее актуальным в рамках экологии почв является необходимость выявления и описа ния механизмов «включения» тех или иных процессов, связанных с функционированием почв и обеспечением их устойчивости, а также установление количественных связей между показателями экологи ческих условий и характеристиками органической и минеральной составляющих почв с учетом региональной и локальной специфики ландшафтных зон и поиска удобных, легко реализуемых моделей этих взаимосвязей. Иначе говоря, всестороннее изучение эколого– почвенных связей на количественной основе.

Не менее актуальным в рамках экологии почв является решение проблемы сохранения почвой ее экологических функций на таком уровне, который бы обеспечивал саморегуляцию и устойчивость эко систем в меняющейся естественным и антропогенным путями при родной обстановке, а также круг вопросов, связанных с выяснением механизмов поддержания биоразнообразия, обеспечивающихся поч вами;

с изучением и использованием знаний об экологических функ циях почв для решения разнообразных хозяйственных задач.

Естественно, что перечисленные проблемы не исчерпывают весь круг ждущих своего решения вопросов, но накопление данных в рам ках поставленных проблем и последующее их обобщение, можно надеяться, переведут разработанность основ экологии почв на более высокую ступень.

Таким образом, правомочность выделения «экологии почв» в от дельную науку основывается на естественноисторическом подходе В.В. Докучаева, положениях системного подхода, понятии почвы как экологической системы, а также экологии как биоцентрической науки.

Специфика объекта, предмета, понятий, методов, принципов и законов делают целесообразным рассмотрение экологии почв как са мостоятельной науки биосферного класса, в которой выделяется три крупных раздела: учение о внешних связях (факторная экология, по Г.В. Добровольскому и Е.Д. Никитину), учение о внутренних связях или внутреннем обмене веществом, энергией и информацией (эколо гическое или динамическое почвоведение) и учение об экологичес ких функциях почв. Методологической основой изучения внешних связей почвы как экологической системы могут служить разработки В.Р. Волобуева, И.А. Соколова и подходы к решению более частных вопросов, имеющиеся в ряде оригинальных и обобщающих работ (Иенни, 1948;

Карпачевский, 2005;

Дергачева, Рябова, 2005;

Дергаче ва и др., 2007 и др.). В качестве методологической основы изучения внутренних связей в почве как экосистеме и подсистеме биогеоце ноза и биосферы могут быть использованы подходы А.А. Ляпунова и А.А. Титляновой (1971), разработанные ими для изучения круго ворота вещества и энергии в биогеоценозах. Методология изучения экологических функций почв намечена в многочисленных работах Г.В. Добровольского и Е.Д. Никитина, но, требует еще самого актив ного внимания.

Волобуев. В.Р. Почвы и климат, Баку, 195. 20 с.

Волобуев В.Р. Экология почв. Баку, 196. 259 с.

Волобуев В.Р. Система почв мира. Баку, 197. 08 с.

Волобуев В.Р. Введение в энергетику почвообразования. М., 1974. 144 с.

Галицкий В.В., Тюрюканов А.Н. Методологические предпосылки моделирования биогеоценотических процессов // Структура науки и механизм возникновения нового знания. Обнинск–Москва, 1977. С. 46–55.

Дергачева М.И. Экология почв: итоги, проблемы, перспективы // Известия Уральского государственного университета. 2002. С. 5–61.

Дергачева М.И., Рябова Н.Н. Эколого-гумусовые связи горных стран юга Сибири // Вестник Томского гос. ун-та, 2005, 15. С. 68–71.

Дергачева М.И., Ковалева Е.И., Рябова Н.Н. Гумус почв Горного Алтая // Почво ведение. 2007. № 12. С.1–6.

Дергачева М.И. Экология почв: становление новой науки биосферного класса // Сибирский экологический журнал. 2009. №2. С.14– Добровольский Г.В, Никитин Е.Д. Экологические функции почв. М.: МГУ, 1986. 17 с.

Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.:

Наука, 1990. 270 с.

Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Сохранение почв как незаменимого компонен та биосферы, М.: Наука, 2000. 185 с.

Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Экология почв. М.: МГУ–Наука, 2006. 64 с.

Докучаев В.В. Избранные сочинения. М.,1948–1949.

Иенни Г. Факторы почвообразования. М.: ИЛ, 1948. 45 с.

Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. М.: ГЕОС, 2005. 4 с.

Ляпунов А.А., Титлянова А.А. О некоторых вопросах кодирования и передачи ин формации в управляющих системах живой природы. Новосибирск, 1971. С. 99–188.

Прасолов Л.И. Генезис, география и картография почв. М., 1978.

Реймерс Н.Ф., Яблоков А.В. Словарь терминов и понятий, связанных с охраной живой природы. М.: Наука, 1982. 144 с.

Соколов И.А. Теоретические проблемы генетического почвоведения, Новоси бирск, 199. 21 с.

Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Н.В. Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья.

М., 1996. 68 с.

КОЭВОЛЮЦИОННОЕ НОРМИРОВАНИЕ БАЛАНСА

БИОТИЧЕСКИХ, АБИОТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

АГРОЛАНДШАФТОВ

Институт биологического приборостроения РАН, г. Пущино Значительное место в развитии учения о биосфере, исследованию космической, планетарной роли почвы в биогеохимических циклах био сферы, выявлении ее экологических, санитарных, биопродуктивных фун кций, биогеоценотической основы плодородия в агроландшафтах при надлежит научным трудам профессора А.Н. Тюрюканова (1970, 2001).

В учении о биосфере центральной является выработка антропогенным сообществом технологических подходов эксплуатации агроландшафтов при условиях возобновляемости биогеохимических ресурсов на уровне региональных массо-, энергообменов. Вместе с тем, их вовлечение в ан тропогенное технологическое производство сопровождается: уничтоже нием лесов, осушением болот, неумеренной распашкой территорий, со зданием водохранилищ, загрязнением вод, почв, атмосферы продуктами хозяйственной деятельности, избыточным внесением удобрений, эрози ей почв, деградацией почвенного плодородия.

Цель работы: актуализировать необходимость коэволюционного нормирования при антропогенной, сельскохозяйственной деятельности для сохранения баланса в функционировании биотических, абиотичес ких процессов, что, как, предполагается, обусловит в рамках региональной обеспеченности ресурсами воспроизводство, развитие, экологическую устойчивость агроландшафтов;

продемонстрировать целесообразность структурирования фациально расчлененного эрозиями, галогеохими ческими барьерами рельефа (агроландшафта) при критических уровнях почвенно-экологических кризисов, вследствие антропогенного, геохи мического седиментогенеза в сточных бассейнах (на примере дна Араль ского моря) визуализацией морфодинамических потоковых структур на основе метода пластики рельефа.

Обзор проблемы, обсуждение. Сложность структурно-функци ональных связей в агроэкосистеме обусловливает необходимость рас сматривать агроландшафт во всей его биосферно-биогеоценотической совокупности: и как элемент почвенно-динамической системы;

и как фрактальную неоднородность во всем структурно и функционально не однородном пространстве биологического разнообразия. Нарушение ба ланса биотических, абиотических процессов в промышленно-городском, земледельческом ландшафтах вызвано ресурсными ограничениями, что ведет к появлению признаков экологических кризисов. В геохимическом отношении коэволюционный баланс не изучен, но предполагается, что геохимия, имея базу для научной разработки ноосферных технологий, позволит «встраивать» промышленное, аграрное производство в естес твенную структуру материально-энергетических потоков согласно при нятой концепции устойчивого развития биосферы (Зайцев, 2008). Не обходимость формирования уровней коэволюционного нормирования антропогенно-технологических потребностей в природных ресурсах с возможностями регионального экологически сбалансированного их вос производства в конкретных биогеоценотических условиях биогеохими чески становится очевидной.

Фундаментально наблюдение А.Н. Тюрюканова (2001) о моза ичности биосферы по структуре, составу, а это отражается в геохи мической, геофизической неоднородности Земли (океаны, озера, горы, пустыни, равнины), демонстрирует неравномерность в рас пределении живого вещества. Признание этого факта, однако, ни как не повлияло на разработку фундаментальных пониманий роли неоднородностей применительно к организмам, выявлении механиз мов природной целесообразности в такой неоднородности, в диффе ренцированных взаимосвязях по биоразнообразию, в проявлениях взаимодействий биокосной, косной материи. Но в последнее время, ставится вопрос, что факторы среды являются ведущими не только в определении форм нефизических тел, но также обусловливают зави симость биоразнообразия от среды (Зайцев, Песочина, 2008). В рам ках этих представлений причины разнообразия структурных форм, функций в объектах живой, неживой природы, обусловливающих их различие (специфику) в биогеогеоценозах физико-географических регионов трактуются либо как результат синергетического влияния факторов среды на тела, либо как следствие эволюции. Разнообразие форм предметов, тел и образование новых обусловлено комплексным воздействием экологических (свет, температура, влажность воздуха, тип почвенного покрова и др.) условий, физических факторов (фи зико-геграфическая, локальная напряженность электромагнитных, геофизических полей Земли) на физические, биологические тела.

Одна из разновидностей природного разнообразия – биоразно образие организмов отражает генетическую специфику, обусловли вает формообразовательную их приуроченность к такому комплекс ному явлению как геобиоклиматическая дифференциация условий жизни для организмов. Такое наблюдение инициировало разработку представления о градиентности (неоднородности) природы (Зайцев, 1998) в том, что основу наблюдаемого мира составляют материально пространственные и функциональные (факторные) неоднородности, которые находятся в непрерывном синергетическом взаимодействии.

Сущность такого взаимодействия состоит в том, что пространственно неоднородные физические тела (структурные градиенты) подвергают ся воздействию функциональных неоднородностей (градиентов) фи зико-химических факторов среды, результатом чего является преобра зование одного вида энергии в другой, что неизбежно сопровождается формированием новых структур. Явление неоднородности природы фактически указывает на единственно достаточное условие, необходи мое для преобразования одного вида энергии в другой. Такие преобра зования имеют место, как в неживой, так и в биологической среде.

В то время как для косных тел важным является структурно-про странственная неоднородность распределения, например, массы, то для биокосных и биологических структур в процессе эволюции были выработаны специфические механизмы преобразования энергии. Так, в биокосных системах и при фотосинтезе необходимо пространствен но-структурное разделение положительных, отрицательных зарядов с полным исключением возможности их рекомбинации. В биологичес ких объектах подтверждено, что внешний облик физиолого-биохими ческая, структурно-морфологическая конституция являются результа том эволюционного, онтогенетического воздействия пространственно неоднородных функциональных факторов (градиентов) среды и отра жается это в формах, типах структурных морфологических компонен тов тела (Зайцев, 1998;

2001). Существующие модели биоразнообразия не позволяют объяснить причины биогеографической дифференциа ции влияния факторов среды на образование форм биологических тел.

Это, вероятно, обусловлено тем, что модели являются преимущест венно статическими, учитывают лишь взаимодействия между телами и силами (факторами) в пространственно однородной среде. Эволю ционная адаптация организмов к биоклиматической дифференциа ции экологических условий способствовала формированию изобилия структурных объемов биологических тел, функциональную специали зацию органов, а также структурно-молекулярные (геном, хромосомы и др.) механизмы, наиболее полно использующие условия среды для жизнедеятельности. В общем, природное разнообразие можно пред ставить как совокупность непрерывно воздействующих на организмы функциональных (силовых) неоднородностей – волновых градиентов климатических, геофизических факторов (Зайцев, 200). Очевидно, что разнообразие природы представляется структурным своеобразием, в виде форм физических (минералы, горные породы, речные долины, типы почв), а также форм биологических тел (многочисленные пред ставители семейств, родов, групп и других разновидностей биосферы).

Георазнообразие форм физических тел, биоразнообразие организмов являются соответственно статично представляемыми структурами: 1) морфогеологической памятью для физических тел;

2) морфобиологи ческой памятью для биологических тел. Со временем эти структурные формы подвергаются непрерывной объемной трансформации. Поэто му, формы физических, биологических тел – это структурная память, в которой отражается совокупность геобиоклиматической неоднород ности, формирующая экологическое биоразнообразие, геофизическое разнообразие. Сформированное в процессе эволюции биоразнообразие организмов в биогеоценозах как раз и обеспечивает их устойчивость за счет оптимизации биогеохимического энерго-, массообмена, баланса между биотическими, абиотическими процессами. Биогеохимическая платформа учения о биосфере свидетельствует, что биогеохимические сопряженности – это физико-химические элементы коэволюционного согласования антропогенного потребления (изъятие сельскохозяйс твенных, минеральных ресурсов из геохимического глобального или регионального оборота, в частности, из агроландшафтов) и скоростей восстановления жизненных ресурсов в физико-географических зонах.

Повышение устойчивости агроландшафтов связано с синергетическим инициированием эволюции биологических систем в рамках взаимо действия триады «вещество–энергия–информация» при комплексном учете почвенных фаций не в статических состояниях, а системологи чески в виде морфодинамической потоковой структуры (каркаса).

Визуализация динамических состояний почвенных структур ных отдельностей в плане морфодинамического каркаса становится возможной на основе метода пластики рельефа. Длительная эволю ция стоковой направленности, разветвленности почвенных потоков (Винокуров, 2007), например, на потоковой карте Владимирского Ополья отражает сочетание луговин с залесенными участками, что и является реализацией биосферного уровня структурной органи зации агроландшафта. Сочетание восстанавливаемых лугов, лесных массивов воссоздает мозаичную структуру агроландшафтов ополий (где, ополья – биогеоценотическая основа психофизиологических формирований этнических особенностей коренных этносов по гипо тезе А.Н. Тюрюканова) повышает устойчивость агроэкосистем, уве личивает продуктивность.

Другой пример – внедрение черных паров в севообороте также оказывает положительное воздействие на устойчивость, продуктив ность, сохранение плодородия. И. Ю. Винокуровым (2007;

таблица) показана связь оптимизации константы скорости нитрификации с Условия формирования, контроля экологической продуктивности агро ландшафтов в биогеоценотическом земледелии 1.Ландшафтный оптимальное соот- В.В. Докучаев, В.

2. Залежная система естественные механиз- В.В. Докучаев, . Черные пары прекращение возде- А.Н. Тюрюканов, 2001;

Методы повышения почвенного плодородия 4. Минералогические добавка минеральных Д.Н. Прянишников 5. Биологические повышение доли В.В.Докучаев, 6. Черные пары прекращение возде- (Тюрюканов, 2001;

7. Физические щадящая вспашка, без Методы определения эколого-биоценотической продуктивности агролан 8. Физиологические Контроль соотно- (Зайцев, 2008) – баланс биотических, шенияфотосинтеза абиотических процес- и дыхания почвы в 9. Биогеохимические Контроль элементов (А.Н. Тюрюканов, 10. Галогеохимический Контроль галогеохими- (Степанов и др., 1970, –картографический ческих аккумулятив- 1977;

Хакимов, Ореш 11. Картографический Структурирование –почвенно-динами- расчлененных эрозией, (Степанов, Баранов, ческий мелиорациями, геохи- Степанова, 2010;

Зай 12. Инструментальный Измерение потен- (Свентицкий, Королев, – регистрация энергии циальной энергии Мудрик, 2010) солнечного излучения, солнечного излучения потенциально пригод- прибором, имеющим ной для фотосинтеза, спектральную чувс продуктивности. твительность близкую улучшением энергоэкономности, которая, в свою очередь, способству ет увеличению продуктивности агроэкосистемы. Черные пары повы шают продуктивность агроэкосистем, вероятно, через активизацию биоценотических, биогеохимических сопряженностей в системе «це ноз – биокосная почва». Естественное или принудительное согласова ние динамических, структурно-функциональных процессов баланса биотических, абиотических компонентов в агроландшафте демонстри рует аналогию между отходами техногенного круговорота и выделени ем живыми организмами в окружающую среду экзометаболитов, кото рые не могут использоваться без циклического их сопряжения между 1 продуцентами, консументами, редуцентами. Антропогенная хозяйс твенная деятельность представляется как разновидность метаболизма, но уже техногенного.

Важное место в выработке коэволюционного нормирования не обходимо отводить разработке критериев и методов оценок устойчи вого состояния, плодородия агроландшафтов (см. табл.). Так, исполь зование в качестве критериев методов регистрации геохимических компонентов в пределах геохимических циклов увеличивает инфор мационную инерционность динамических характеристик модельной системы, усложняет методическую, экспериментальную привязку их к конкретным биогеоценозам. Поэтому, методическая громоздкость выявления геохимических потоков в пределах биосферы обусловли вает необходимость поиска более простых подходов для оценки со отношения функциональной активности биотических, абиотических процессов, например, в системе «почва–агроценоз».

Почва – базовый структурно-функциональный компонент системы преобразования, депонирования энергии излучения Солнца в “аэро-аг роцено-почвенной” системе. Особенность оценок в этой системе – соче тание регистрации параметров агрохимических элементов с ролью неоп ределенных функциональных воздействий в действии энергетических (световых, тепловых и др.) факторов. Очевидно, что почва выполняет не только пассивную роль временного накопителя влаги, а также концентра тора биофильных, ферментных, гумусовых элементов. Существует пред ставление, что эти абиогенные структурные отдельности в почвенном профиле под влиянием функциональных механизмов преобразования энергии (педолюминесценция) можно объединить в виде “педоэнергети ческого тела” (Зайцев, 2001). Кроме того, почва является активным учас тником в короткопериодических (сток, эмиссия газовых компонентов, почвенно-ризосферный метаболизм) и длиннопериодических (синтез, распад гумуса и др.) колебательных процессах. Известно, что для био логических систем характерно зависимое от среды периодическое, коле бательное изменение различных параметров. Продолжительность этих колебаний может быть связана с периодическими изменениями физико химических условий жизни на Земле – смена времен года, смена дня и ночи. В наших экспериментах (Зайцев, 2007;

2008) были зарегистрирова ны колебания содержания СО2 в течение светового периода в открытом и под камерой агроценозах ярового ячменя и в лабораторных условиях в камере. Колебательные изменения, были обусловлены периодической сменой направленности газовых потоков с увеличения интенсивности ассимиляции СО2 на ее снижение, вероятно, вследствие расхода пула эндогенных акцепторов диоксида. В эти моменты, активизируются про цессы дыхательного метаболизма в прикорневых зонах в совокупности с активизацией почвенных ферментов и микробов. Комплексным изме рением СО2 и О2 выявлен автоколебательный цикл (120–10 мин.) пос ледовательной смены преобладающего процесса фотосинтеза (40 мин.) над дыханием, который переходит в их равенство (15 мин.), а затем ин тенсивность дыхания преобладает над фотосинтезом (15–20 мин.). За световой период (14–15 час.) максимумы содержания диоксида в от крытом агроценозе соответствуют последней фазе автоколебательного цикла и отражают, преимущественно, абиотический процесс. Выявление тренда колебательности фотосинтеза (фототрофы), дыхания (прикорне вая зона, почвенные микробоценозы, гумусо-ферментные абиотические парцеллы) позволяет вычленить динамику соответственно биотического или абиотического процессов (см. табл.). Баланс биотических (фотосин тез), абиотических (дыхание почвы) процессов отражает эффективность утилизации энергетических эквивалентов, а, следовательно, может быть критерием экологической устойчивости агроценоза, обеспеченности вла гой, элементами питания, почвенным плодородием.

Не менее важным параметром устойчивости агроландшафта явля ется содержание основного компонента почвенного плодородия в поч ве, которое связано с гумусообразованием, распадом гумуса. Почвенное плодородие основывается на хемокинетической теории гумификации (Орлов и др., 1996), где динамика преобразования органических остат ков в гумус определяется концентрацией реагирующих компонентов:

влажности, температуры, реакцией почвенного раствора, окислительно восстановительным потенциалом. Вместе с тем, вне внимания остается то, что химические, биохимические, микробиологические компоненты являются лишь необходимыми «механическими» включениями, кото рых абсолютно недостаточно, чтобы понимать механизмы формирова ния, распада гумуса, его связей с почвенным плодородием. Согласно кон цепции геохимической энергии жизни почвы, являющейся компонентой общепланетарной структурной оболочки – биосферы (Ковда, 198), скорость формирования гумусного слоя есть функция частоты смены жизненных циклов. С другой стороны, общепринято представление, что основные преобразования и утилизация энергии осуществляются при функционировании жизнедеятельности индивидуального организма (фототрофы, термотрофы и др.), а сущность абиогенного механизма свя зывают преимущественно с хемокаталитическими процессами. В связи с этим, режим так называемой «биологической» сорбции нитратов (Вино куров, 2007) отражает функционирование механизмов внутрипочвенно го массо-, энергетического обмена между микробоценозами и фермент но-биологическими внеклеточными донорно-акцепторными системами, 1 локализованными на структурах почвенного поглощающего комплекса.

Вероятно, это один из функциональных этапов почвенно-биохимических механизмов преобразования энергии, переводящих пахотный горизонт из режима истощения в состояние готовности к биопродуцированию.

В экспериментальных спектральных исследованиях (Зайцев, 2001) показано возможное участие почвенно-структурных отдельностей с адсорбированными на них компонентами внеклеточных электрон транспортных цепей биохимических соединений из редуцированных клеток растений, микроорганизмов в механизме внутрипочвенного пре образования энергии. Очевидно, что окисление органических соедине ний сопровождается генерацией энергии электронного возбуждения, деградирующей излучение (люминесценция) в красной и ближней инф ракрасной областях спектра. В целом, почвенный профиль, представлен совокупностью: структурных – мицеллярно-биохимических отдельнос тей, включающих педовакуоли, педомембраны с электрон-транспорт ными цепями, и функциональных – энергетических неоднородностей (энергии возбуждения излучений в красной и ближней инфракрасной области спектра), где и осуществляется массобмен органическими, неор ганическими ионами, окисление органического вещества (Зайцев, Песо чина 2001).

Фундаментальное обобщение А.Н. Тюрюканова (2001, с. 19) о «равновесном состоянии биогеоценозов в природе, достигаемом за счет оптимизации круговорота вещества и потоков энергии, где основ ным управляющим механизмом стабилизации биогеоценотического процесса является сама почва», безусловно основополагающее для по вышения устойчивости, почвенного плодородия агроландшафтов. По казательно активное участие А.Н. Тюрюканова (см. табл.) в разработке схем и поиска оптимальных условий формирования устойчивого ба ланса биотических, абиотических процессов, эффективного использо вания, восстановления биологических ресурсов при хозяйствовании на биогеоценотической основе.

Коэволюция сообщества и природы реализуется соотношениями биогенных, производственных потребностей и биогенно-абиогенных возможностей биосферы по предоставлению биологических ресурсов для экологически устойчивого развития. Вместе с тем, социально-идео логические, политические, духовно-религиозные традиции накладывают эколого-ресурсные ограничения в развитии цивилизационно-этничес кого уклада. Например, биогеоценотическая ограниченность местного воспроизводства жизненных ресурсов, в частности продуктов питания, водных, энергетических ресурсов, вступает в противоречие с нормами, объемами их экологически согласованного потребления. Во многом это обусловлено низким уровнем технологического развития, которое нахо дится в противоречии с необходимостью экологически сбалансирован ного воспроизводства жизненных ресурсов. Увеличение техногенной, популяционной нагрузки изменяет среду, нарушает энергомассообмен между организмами в аккумулятивно-гумусовом горизонте биокосной системы – почве. В почве замыкается круговорот биосферных процес сов в результате взаимного превращения органических и минеральных форм. Научно обоснованный выход из экологически сложной ситуации по кризисному падению почвенного плодородия сформулирован в био геоценотической концепции учеником В.В. Докучаева В.И. Вернадским в разработанном им биогеохимическом принципе (см. табл.).

Эксплуатация рельефа должна осуществляться на основе биосфер но-биогеценотического учения о почвенном рельефе как целостной сис теме, включенной в механизм круговорота вещества и энергии. Услож нение ландшафтной дифференциации, например, расчленением рельефа при обосновании водных мелиораций, позволяет по системной методо логии обеспечить выбор основных предпосылок, позволяющих моде лировать процессы формирования агроландшафта, выявить системное действие факторов и физических процессов. Изменения агроландшафта протекают вблизи поверхности, при колебаниях параметров напряжен ности гравитационного поля Земли, так, что в целом взаимовлияние структурных и функциональных неоднородностей (градиентов), обус лавливает формирование уровней воздействующих факторов среды на биосферу, почвенный покров (Зайцев, 2008). Это проявляется в неоди наковой освещенности рельефа, раздичиях в климате, варьировании уровней элементов минерального питания, воздействий антропогенного фактора, а также в структуре, зрелости почвы и подстилающих пород.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 19 |
 




Похожие материалы:

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК _ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ РАСТЕНИЕВОДСТВА имени Н. И. ВАВИЛОВА (ВИР) ТРУДЫ ПО ПРИКЛАДНОЙ БОТАНИКЕ, ГЕНЕТИКЕ И СЕЛЕКЦИИ том 173 Редакционная коллегия Д-р биол. наук, проф. Н. И. Дзюбенко (председатель), д-р биол. наук О. П. Митрофанова (зам. председателя), канд. с.-х. наук Н. П. Лоскутова (секретарь), д-р биол. наук С. М. Алексанян, д-р биол. наук И. Н. Анисимова, д-р биол. наук Н. Б. Брач, д-р с.-х. наук, проф. В. И. Буренин, ...»

«Федеральное государственное бюджетное учреждение Мордовский государственный природный заповедник имени П.Г. Смидовича ТРУДЫ Мордовского государственного природного заповедника имени П. Г. Смидовича Выпуск X Саранск – Пушта 2012 УДК 502.172(470.345) ББК: Е088(2Рос.Мор)л64 Т 782 Редакционная коллегия: с.н.с. О. Н. Артаев, к.б.н. К. Е. Бугаев, н.с. О. Г. Гришуткин, д.б.н. А. Б. Ручин (отв. редактор), н.с. А. А. Хапугин Т 782 Труды Мордовского государственного природного заповедника имени П. Г. ...»

«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Т.Ф. ГОРБАЧЕВА Администрация Кемеровской области Департамент природных ресурсов и экологии Кемеровской области Российская Экологическая Академия МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФОРУМА ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ СИБИРИ И ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА – ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ ТОМ II 19 – 21 ноября 2013 года Кемерово УДК 504:574(471.17) ББК Е081 Материалы Международного Экологического Форума Природные ресурсы Сибири и Дальнего Востока – взгляд в будущее ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенская государственная сельскохозяйственная академия Совет молодых ученых Пензенской ГСХА Научное студенческое общество Пензенской ГСХА ИННОВАЦИОННЫЕ ИДЕИ МОЛОДЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ АПК РОССИИ Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 14…15 марта 2013 г. ТОМ II Пенза 2013 ...»

«АДМИНИСТРАЦИЯ АЛТАЙСКОГО КРАЯ ДЕПАРТАМЕНТ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КРАСНАЯ КНИГА АЛТАЙСКОГО КРАЯ РЕДКИЕ И НАХОДЯЩИЕСЯ ПОД УГРОЗОЙ ИСЧЕЗНОВЕНИЯ ВИДЫ РАСТЕНИЙ Том 1 БАРНАУЛ–2006 1 ББК 28.688 УДК 581.9(571.15) К 78 Красная книга Алтайского края. Редкие и находящиеся под угрозой исчезновения виды растений. – Барнаул: ОАО “ИПП “Алтай”, 2006. – 262 с. В первый том Красной книги внесены 212 видов растений, нуждающихся в первоочередной охране, в том числе 2 вида ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ АГРАРНАЯ НАУКА – ИННОВАЦИОННОМУ РАЗВИТИЮ АПК В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ Материалы Всероссийской научно-практической конференции, 12-15 февраля 2013 года Том II Ижевск ФГБОУ ВПО Ижевская ГСХА 2013 УДК 631.145:001.895(06) ББК 4я43 А 25 Аграрная наука – инновационному развитию АПК в А 25 ...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия имени С.М. Кирова И.В. Григорьев доктор технических наук, доцент А.И. Жукова кандидат технических наук О.И. Григорьева кандидат сельскохозяйственных наук А.В. Иванов инженер СРЕДОЩАДЯЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ЛЕСОСЕК В УСЛОВИЯХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО РЕГИОНА РОССИЙСКОЙ ...»

«В.И. Титова, М.В. Дабахов, Е.В. Дабахова ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО МАТЕРИАЛЬНОГО РЕСУРСА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Н. Новгород, 2009 В.И. Титова М.В. Дабахов Е.В. Дабахова ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО МАТЕРИАЛЬНОГО РЕСУРСА В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Допущено УМО вузов РФ по агрономическому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям Агрономия, Агрохимия и ...»

«i Космическое Послание Мишель Дэмаркэ Перевод с английского оригинала под заглавием Thiaoouba Prophecy Впервые опубликованным под заглавием Abduction to the 9-th planet ISBN 9 780646 159966 Верить недостаточно. Надо ЗНАТЬ. i ii Предисловие Я написал эту книгу как ответ на полученные распоряжения, которым я подчинился. Она – рассказ о событиях, которые произошли со мной лично – я утверждаю это. Я полностью отдаю себе отчет в том, что, до некоторой степени, эта необычная история будет воспринята ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Алтайский государственный аграрный университет Л.М. Татаринцев ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ: ОСНОВЫ ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВА Учебное пособие Часть II Рекомендовано УМО по образованию в области землеустройства и кадастров в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 120300, 120301 – Землеустройство ...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КООПЕРАЦИЯ И ИНТЕГРАЦИЯ В АПК Учебник ПЕНЗА 2005 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 40 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пензенский государственный университет Кооперация и интеграция в АПК Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области производственного менеджмента в ...»

«СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК Сборник статей Международной научно-практической конференции 4 марта 2014 г. Уфа РИЦ БашГУ 2014 1 УДК 00(082) ББК 65.26 С 43 Ответственный редактор: Сукиасян А.А., к.э.н., ст. преп.; СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ С 43 ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК: сборник статей Международной научно-практической конференции. 4 марта 2014 г.: / отв. ред. А.А. Сукиасян. - Уфа: РИЦ БашГУ, 2014. – 100 с. ISBN 978-5-7477-3496-8 Настоящий сборник ...»

«Белгородский государственный технологический университет имени В.Г.Шухова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени акад.М.Ф.Решетнева Харьковская государственная академия физической культуры Харьковский национальный педагогический университет имени Г.С.Сковороды Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства имени П.Василенко Харьковская государственная академия дизайна и искусств ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СПОРТИВНЫХ ИГР И ЕДИНОБОРСТВ В ВЫСШИХ ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова И.А. Самофалова СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КЛАССИФИКАЦИИ ПОЧВ Учебное пособие Пермь 2012 УДК 631.442 ББК Самофалова, И.А. Современные проблемы классификации почв: учебное пособие. / И.А. Самофалова; М-во с.-х. РФ, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА. – Пермь: Изд-во ...»

«1 Соколова Т.А., Трофимов С.Я. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный обмен Москва 2009 2 ББК Рецензенты: доктор биологических наук профессор С.Н.Чуков доктор биологических наук профессор Д.Л.Пинский Рекомендовано Учебно-методической комиссией факультета почвове- дения МГУ им. М.В.Ломоносова в качестве учебного пособия для сту дентов, обучающихся по специальности 020701и направлению 020700 – Почвоведение Соколова Т.А., Трофимов С.Я. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный ...»

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Южный федеральный университет Научный совет по изучению, охране и рациональному использованию животного мира opnakel{ on)bemmni gnnknchh МАТЕРИАЛЫ XVI ВСЕРОССИСКОГО СОВЕЩАНИЯ ПО ПОЧВЕННОЙ ЗООЛОГИИ (4–7 октября 2011 г., Ростов-на-Дону) Москва–Ростов-на-Дону 2011 УДК 502:591.524.21 Проблемы почвенной зоологии (Материалы XVI Всероссийского совещания по почвенной зоологии). Под ред. Б.Р. Стригановой. Мос ква: Т-во ...»

«ВВЕДЕНИЕ От пушных зверей получают как основную, так и побочную продукцию. Основной товарной продукцией является шкурка, а побочной — жир, мясо и пух-линька. Шкурки идут на пошив изделий, мясо — в корм птице и свиньям, а также зверям, пред назначенным для забоя, жир — в корм зверям и на техничес кие нужды, а пух-линька— на производство фетра и других изделий. От всех пушных зверей получают еще и навоз, кото рый после соответствующей бактериологической обработки можно с успехом использовать в ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ СИСТЕМА ВЕДЕНИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ НА 2014-2020 ГОДЫ Ростов-на-Дону 2013 УДК 636 ББК 45/46 С 55 Система ведения животноводства Ростовской области на 2014-2020 годы разработана учеными ДонГАУ, АЧГАА, ВНИИЭиН, СКНИИМЭСХ и СКЗНИВИ по заказу Министерства сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области (государственный контракт №90 от 12.04.2013 г.). Авторский коллектив: Раздел 1. – Илларионова Н.Ф., Кайдалов ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КУЛЬТУРА, НАУКА, ОБРАЗОВАНИЕ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ МАТЕРИАЛЫ V МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ Гродно УО ГГАУ 2011 УДК [008+001+37] (476) ББК 71 К 90 Редакционная коллегия: Л.Л. Мельникова, П.К. Банцевич, В.В. Барабаш, И.В. Бусько, В.В. Голубович, С.Г. Павочка, А.Г. Радюк, Н.А. Рыбак Рецензенты: доктор философских наук, профессор Ч.С. Кирвель; кандидат ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.