ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 80 № 8 2010
ПРОБЛЕМЫ = ЭКОЛОГИИ
В статье содержится призыв объединить интеллектуальные усилия и материальные возможности для создания системы экологической защиты от негативных воздействий хозяйственной деятельности человека. Кроме проблемы природопользования автор обсуждает и другие темы, в частности создание автономной системы жизнеобеспечения и разработку научно-методических и технологических принципов бесконфликтного перехода биосферы с ноосферу.
МЕХАНИЗМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОЧВЫ И УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОСИСТЕМ
А. С. Керженцев
Современная биосфера находится под угрозой экологического кризиса, главным виновником которого является человек и его хозяйственная деятельность. Парадокс в том, что именно человек, этот самый молодой биологический вид, может первым выпасть из состава биоты, поскольку не способен адаптироваться к среде обитания иного качества. Окружающая человека среда поддерживается в стабильном состоянии благодаря метаболизму глобальной экосистемы (биосферы) — циклическому механизму её функционирования [1].
Метаболизм экосистемы представляет собой симбиотическое взаимодействие фитоценоза (растительности) и педоценоза (почвы), которые обмениваются продуктами (отходами) жизнедеятельности. Фитоценоз выполняет функцию анаболизма — синтеза биомассы из минеральных элементов, а педоценоз — функцию катаболизма — утилизации отмершей биомассы в минеральные элементы. Симбиоз компонентов образует самую рентабельную систему взаимного жизнеобеспечения.
В научно-исследовательской практике симбионты существуют раздельно. Функция фотосинтеза изучается почти 200 лет, современные специалисты работают на молекулярном уровне
КЕРЖЕНЦЕВ Анатолий Семёнович — доктор биологических наук, заведующий лабораторией функциональной экологии Института фундаментальных проблем биологии РАН.
в пикосекундном масштабе времени. Функция катаболизма только обозначена как объект исследования, не имеющего пока ни методологии, ни экспериментальной базы. А знания "физиологии почв" уже давно востребованы жизнью.
Почва — уникальный и весьма сложный объект исследований. Определение почвы как объекта труда и средства производства связано со временем зарождения земледелия. От первого этапа сохранилось разделение почв на лёгкие, тяжёлые и нормальные, использование цвета пашни в названии таксонов почвенной классификации: чернозёмы, краснозёмы, желтозёмы, подзолы, подбуры, каштановые, серые, бурые, коричневые.
Академическое определение почвы как естественно-исторического биокосного тела природы сформулировано в 80-е годы XIX в. основателем почвоведения В.В. Докучаевым. Оно возникло в рамках агрогеологии, агрикультурхимии на основе отличительных свойств почвы от геологической породы и до сих пор хранит черты родства с материнской наукой. Главными результатами докучаевского этапа эволюции знаний о почве являются: инвентаризация почвенных ресурсов Земли, её континентов, многих стран, регионов и отдельных хозяйств; закон природной зональности и его производные — закон широтной и высотной зональности, закон фациальности, закон аналогичных почвенных рядов; количественная оценка потерь почвенных ресурсов за счёт их отчуждения, деградации и загрязнения.
Докучаевский этап развития почвоведения продолжается до сих пор, за это время сформировались самостоятельные разделы, изучающие с разных сторон почву и почвообразование: география и генезис почв, физика, химия, биология, минералогия почв. На базе почвоведения получили развитие прикладные научные дисциплины: земледелие, агрохимия, мелиорация, рекультивация. На
стыке почвоведения и экологии уже зарождаются новые комплексные дисциплины, ответственные за здоровье почвы и экосистемы: педопатология и экопатология. Однако нужно сказать и о некоторых неувязках и противоречиях, например, отсутствуют единые принципы классификации почв мира, нет общего мнения по поводу роста почвы вверх или вниз, продолжается спор о нижней её границе, необъясним феномен полихронности почвенного профиля.
Масштабные ошибки практики сельского хозяйства и мелиорации в различных регионах мира привели к большим потерям почвенных ресурсов и поставили перед почвоведением задачу разумного управления процессами функционирования почв с целью повышения не только продуктивности, но и устойчивости к негативным воздействиям естественных и антропогенных факторов. Оказалось, что для успешного управления этими процессами с пользой для человека и без ущерба природе предпосылки есть. Создание теории управления механизмом функционирования почв и методов на её основе позволит решать проблемы рационального природопользования, охраны окружающей среды и экологической безопасности на уровне инженерных задач.
Экологическое определение почвы как незаменимого компонента экосистемы возникло в 70-е годы ХХ в. Тогда была предпринята попытка изучить функцию почвы в метаболизме экосистемы. Впервые об этом заявил В.А. Ковда в 1968 г. на Генеральной конференции ЮНЕСКО в своём докладе о завершении Международной биологической программы и начале новой Международной программы "Человек и биосфера" [2]. X Международный конгресс почвоведов (Москва, 1974), президентом которого был В.А. Ковда, проходил под девизом: "Почва — компонент биосферы".
О наличии множества экологических функций почвы первыми сообщили Г.В. Добровольский и Е.Д. Никитин [3], которые обосновали полифункциональность почвы как естественно-исторического тела природы, сформулировали учение об экологических функциях почвы, реализация которого уже началась в специально созданном Институте экологического почвоведения МГУ.
Однако до сих пор в системе природопользования почва воспринимается как неистощимый источник плодородия. Рассуждают примерно так: почва — продукт воздействия факторов среды на геологическую породу, запас геологических пород неисчерпаем, факторы среды вечны и бесконечны, следовательно, и почва является неиссякаемым ресурсом. По этой причине плодородные почвы часто используются как пространственный ресурс для размещения объектов дорожного, гражданского и промышленного строительства, засыпаются свалками, терриконами, загрязняются промышленными,
бытовыми и сельскохозяйственными отходами, нередко затапливаются водохранилищами.
В сельском хозяйстве до сих пор применяются варварские технологии земледелия тысячелетней давности, ориентация которых на максимальный урожай способствует деградации почв. В аграрном секторе почва считается даровым источником плодородия, которому нужно возвращать только три элемента, выносимые урожаем: азот, фосфор, калий. Такое упрощённое представление отвлекает внимание от потерь других не менее важных элементов, дефицит или избыток которых вызывает патологические нарушения в организме человека. Между тем именно традиционные аграрные технологии являются главными виновниками деградации почв [4]. Вспашка стимулирует биологическую активность почвы и минерализацию органического вещества. Монокультура усваивает только малую часть (20%) освобождённых почвой минеральных элементов. Другая их часть, взаимодействуя с органическими радикалами разлагающейся биомассы, подвергается гумификации и консервируется почвой впрок. Остальная беззащитная часть элементов вымывается стоком и мигрирует в водоёмы, необратимо обедняя почву. Кроме того, вспаханная почва легко подвергается водной и ветровой эрозии, которая выносит из почвы мелкозём, содержащий все без исключения биогенные питательные вещества. Поэтому контролировать и регулировать в почве следует весь спектр минеральных элементов, необходимых для жизнеобеспечения человека.
Необходимо понять, что почва не геологическая порода, переработанная факторами среды, а живое сообщество гетеротрофных организмов, утилизирующих отмершую биомассу ради обеспечения растений элементами минерального питания. Поэтому защищать почву нужно наравне с растительным и животным миром, как важный живой компонент окружающей среды. Почвоведам — специалистам, ответственным за состояние почвенных ресурсов, придётся детально изучить механизм функционирования почвы как компонента экосистемы (физиологию почв), сформулировать закон изменчивости почвы во времени и на его основе научиться управлять механизмом функционирования почвы.
Кроме проблемы природопользования существуют ещё две важные для человека глобальные проблемы, решение которых нуждается в знании механизма функционирования почвы как компонента экосистемы, — это создание автономной системы жизнеобеспечения (АСЖО) в гермокабине космического корабля и в космическом поселении на других планетах [5] и разработка научно-методических и технологических принципов бесконфликтного перехода биосферы в ноосферу как разумного выхода из современного экологического
кризиса [6]. Обе задачи по существу идентичны, поскольку и та, и другая система функционируют изолированно в открытом космосе, но они сильно различаются размерами. В гермокабине космического корабля нужно создать условия для жизни 10 человек, в космическом поселении — 100 человек, а в биосфере — 10 млрд. Принципиальная разница между ними, по нашему мнению, заключается в следующем: в биосфере система жизнеобеспечения человека была создана в процессе эволюции жизни задолго до его появления как биологического вида, и её надо уберечь от нарушений со стороны человека; в ограниченном объёме гермокабины и космического поселения её необходимо создать по образу и подобию биосферы и поддерживать с помощью технологических операций.
В настоящее время для осуществления предсказанного В.И. Вернадским перехода биосферы в ноосферу в арсенале человечества ещё недостаточно знаний о механизме глобальных природных процессов, отсутствует теория, технологические принципы и технические средства управления. Даже в престижной области космической техники до сих пор не найдено принципиального решения задачи создания АСЖО человека в космическом корабле и космическом поселении. Эта задача может служить своеобразным тестом научно-технической зрелости человечества. Во всех известных натурных экспериментах с АСЖО задействована только автотрофная биота
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.