Новости
01.12.2016


29.11.2016


29.11.2016


29.11.2016


28.11.2016


29.06.2014

Энергия
Как любое материальное тело, почва обладает определенным запасом внутренней энергии. Это поверхностная энергия дисперсной массы, кристаллической решетки минералов, химических соединений, входящих в состав минералов, химически связанной воды и внутренних массообменных процессов. Суммарная величина такой энергии присуща почве как закрытой системе, и она близка к постоянной для почв одной классификационной принадлежности. Будучи же подсистемой биогеоценоза, почва является открытой системой, так как получает энергию извне и расходует ее на протекание многих и разных процессов, обеспечивающих жизненные функции БГЦ, в том числе и почвообразование. Основным потоком внешней энергии является лучистая энергия солнца, характеризующаяся по отношению к БГЦ величиной радиационного баланса земной поверхности, определяемого географической широтой местности и характером подстилающей поверхности. В виде световой энергии, трансформированной зелеными растениями в химическую, а также тепловой, поступающей в приземные слои атмосферы и на поверхность почвы, солнечная энергия обеспечивает испарение и транспирацию воды, на что расходуется более 95% поступления. От 0,5 до 5,0% солнечной энергии потребляют циклические биологические процессы и менее 0,01% идет на разложение минералов при выветривании.
Энергия биологических процессов поступает в почву с растительными и животными остатками, которые разлагаясь вступают в сложнейшие биохимические взаимодействия с материальной массой почвы, сопровождающиеся аккумуляцией и диссипацией энергии, при этом основным аккумулятором энергии является гумус. Трансформация минералов в процессе почвообразования способствует накоплению свободной энергии также в виде «неустойчивых» новообразованных модификаций соединений железа, алюминия, кальция. Концентрация энергии в системе, ее необратимое накопление в той или другой форме обеспечивает механизмы регулирования, поддерживающие устойчивость и обмен с другими системами, с затратой части аккумулированной энергии на поступление новой энергии и круговорот различных веществ. Функционирование такой системы характеризуется наличием обратных связей, когда почва через плодородие определяет структуру, состав и фитомассу наземных растений, постоянно или временно обитающих в БГЦ, а через них цепи питания подземных и надземных консументов.
Некоторая часть энергии живой и биокосной системы обусловливает термодинамическую характеристику почвы, ее энтропийное состояние, то есть меру ее структурной упорядоченности. Известно, что система, не получающая энергию извне, стремится к термодинамическому равновесию, достижение которого означало бы установление максимальной энтропии – хаоса и «смерть» системы.
Природные биологические процессы в термодинамическом смысле необратимы и неравновесны, им принадлежит исключительно важная роль агентов сопротивления производству энтропии системы, которая в почве в ходе эволюции уменьшается. Сложные живые системы характеризуются минимальным производством энтропии также за счет способности к самоорганизации с высокой степенью координации между отдельными составляющими без специфического внешнего воздействия.
Это позволяет сделать вывод, что присущая почве энергия складывается из постоянной энергии ее внутренних связей и энергии, поступающей извне. Сущность энергетических явлений еще далеко не выяснена, но известно, что они обусловлены открытостью, самоорганизованностью, неравновесностью и термодинамической устойчивостью почвы как подсистемы БГЦ. В стационарном состоянии БГЦ достигается максимально возможная величина суммарного потока солнечной энергии через систему, а основным аккумулятором энергии в почве является гумус. Известно также, что мобилизация ионов из решеток первичных минералов под влиянием выделений живых организмов, метаболитов ризосферы и неризасферных микробных сообществ сопряжена с переходом энергии из биологической системы в энергию химических реакций почвенных минералов.
Информация
Информация, как и энергия, составляет важную нематериальную характеристику почвы. При этом следует напомнить, что информацией считается не любое сообщение, как это было до второй половины XX века, а только такое, которое уменьшает неопределенность существующих сведений. Новое понимание роли информации поднимает ее значение вплоть до утверждения, что информация – это «решающий элемент существования самой жизни».
Рассматривая биокосную и живую системы с наличием прямых и обратных связей в них и между ними, мы признаем, что взаимная координация отдельных явлений возможна только путем обмена информацией. В живом организме (и биокосном теле) «передача, кодирование и рецепция информационных сигналов всегда химические». Такого рода информация относится к категории «связанной информации», обеспечивающей целесообразно упорядоченную структуру и организованное функционирование систем. Однако, признавая существование такой информации, приходится признать и тот факт, что пока она в почвенных исследованиях практически не используется. Зато «потенциальная» информация, которая продуцируется в процессе почвообразования, хранится в почвенном профиле и извлекается исследователем в зависимости от уровня знаний об объекте, поставленных целей и технических возможностей с неограниченным выбором способов. Информационное поле почвы определяется «суперсложностью» системы и очевидно необозримо, но составляющие его сигналы становятся информацией только при наличии «приемника». Приемником же является специалист, в нашем случае, почвовед, использующий информацию (в меру имеющихся знаний) для описания, анализа, диагностики и прогноза или управления (изменения свойств почвы).
Сигнал – это «любой процесс, несущий информацию». В почвенном профиле информацию продуцирует процесс почвообразования. В каждом генетическом горизонте почвы информация присутствует в виде тех следов, которые почвообразование оставляет в гранулометрическом, минералогическом, химическом составах и физико–химических свойствах. Всякое физическое измерение означает получение информации, но ценность ее определяется вероятностью достижения цели. Смысл сигналу придает отклик того, кто принял сигнал.
Для извлечения и оценки потенциальной информации, содержащейся в почве как в сложной системе, необходимо рассмотрение ее с единой точки зрения и с помощью унифицирующих принципов. Поиск этих принципов и обоснование методов основываются на некоторой сумме знаний о самой предметной области.
Таким образом, информационные свойства почвы позволяют извлечь потенциальную информацию, сначала превратив ее в дискретную форму путем разделения профиля почвы на отдельные горизонты, взятия образцов из каждого горизонта и выполнения в них определенного перечня измерений в виде получения аналитических данных. Лабораторные и натурные исследования являются своего рода каналом связи между почвой – источником информационных сигналов и их получателем – почвоведом. Однако такие данные, как считает В.А. Рожков, еще не считаются информацией, так как далеко не всегда удовлетворяют условиям, обеспечивающим возможность их дальнейшей обработки, согласно требованиям информатики, для моделирования и распознавания образа, а также для практического воплощения теоретических представлений. Прежде всего, это необходимо для унифицированной характеристики и диагностирования конкретного почвенного объекта с выделением тех наиболее информативных признаков, которые позволяют при этом существенно снизить уровень информационной энтропии, и выявить общие черты присущие некоторому классу объектов. Это предполагает построение информационной системы, основанной на минимизации, стандартизации и формализации данных, предназначенной для непосредственного восприятия их исследователем и для приспособления дальнейшего использования с применением математических методов и ЭВМ. Опыт построения подобных формальных систем, или моделей основных вариантов почв Беларуси, описан в следующей главе, пока же можно сделать лишь заключение, что информационные свойства почв дают основания рассматривать почву, помимо всего прочего, в качестве информационной машины, продуцирующей потенциальную информацию, которую мы имеем возможность извлекать, транслировать и превращать в легко обозримые структуры.
С таких позиций подтверждается положение об особой важности почвенной информации: ее корректности и объективности при условии соблюдения строгих правил, диктуемых законами теории информатики, что может ускорить превращение почвоведения в науку, относимую к категории точных наук.
Не меньшее значение имеет интерпретация информационных свойств почвы в экосистеме, где проявляются отраженные в особенностях почвы внешние факторы почвообразования.
Очевидно, что растения и почвы испытывают влияние одних и тех же факторов, и хотя, как следует из изложенного выше, отношения между факторами внешней среды и растениями, осуществляемые через почву, достаточно сложны, тем не менее почва несет информацию не только о типе растительности, оптимально соответствующей плодородию данной почвы, но и о том, к какой категории ландшафтов (по Полынову) относится данное местообитание, о типе водного режима, количестве влаги, участвующем в формировании почвы, энергообеспеченности и содержании элементов– биофилов. Это означает, что почва не только центр управления, наиболее устойчивая часть экосистемы, но и ее информационный блок.