Новости
13.08.2018


13.08.2018


10.08.2018


09.08.2018


08.08.2018


08.08.2018


07.08.2018


03.08.2018


02.08.2018


01.08.2018


01.08.2018


01.08.2018


30.07.2018


30.07.2018


26.07.2018


18.07.2018


17.07.2018


17.07.2018


17.07.2018


14.07.2018


14.07.2018


14.07.2018


14.07.2018


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.