Организм и условия его обитания. Роль почвы для растений
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
С.Ш. №9 Короля Семена
Почвенная среда обитания
Введение
1. Почва как среда обитания
2. Живые организмы в почве
3. Значение почвы
4. Структура почвы
5. Органическая часть почвы
Заключение
Введение
В настоящее время проблема взаимодействия человеческого общества с природой приобрела особую остроту.
Становится бесспорным, что решение проблемы сохранения качества жизни человека немыслимо без определенного осмысления современных экологических проблем: сохранение эволюции живого, наследственных субстанций (генофонда флоры и фауны), сохранение чистоты и продуктивности природных сред (атмосферы, гидросферы, почв, лесов и т.д.), экологическое нормирование антропогенного пресса на природные экосистемы в пределах их буферной емкости, сохранение озонового слоя, трофических цепей в природе, биокруговорота веществ и другие.
Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы Земли. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере.
Важнейшее значение почв состоит в аккумулировании органического вещества, различных химических элементов, а также энергии. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение глобального биохимического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.
1. Почва как среда обитания
Важным этапом в развитии биосферы явилось возникновение такой ее части, как почвенный покров. С образованием достаточно развитого почвенного покрова биосфера - становится целостной завершенной системой, все части которой тесно взаимосвязаны и зависят друг от друга.
Основными структурными элементами почвы являются: минеральная основа, органическое вещество, воздух и вода. Минеральная основа (скелет) (50-60% всей почвы) - это неорганическое вещество, образовавшееся в результате подстилающей горной (материнской, почвообразующей) породы в результате ее выветривания. От соотношения в почве глины и песка зависят проницаемость и пористость почвы, обеспечивающие циркуляцию, как воды, так и воздуха.
Органическое вещество - до 10% почвы, образуется из отмершей биомассы измельченной и переработанной в почвенный гумус микроорганизмами, грибами и другими сапрофагами. Органические вещества образовавшиеся в результате разложения органики, вновь усваиваются растениями и вовлекаются в биологический круговорот.
2. Живые организмы в почве
В природе практически не бывает таких ситуаций, чтобы на много километров простиралась какая-нибудь одна почва с неизменными в пространстве свойствами. При этом различия почв обусловлены различиями в факторах почвообразования.
Закономерное пространственное размещение почв на небольших территориях называется структурой почвенного покрова (СПП). Исходной единицей СПП является элементарный почвенный ареал (ЭПА)- почвенное образование, внутри которого отсутствуют какие-либо почвенно-географические границы. Чередующиеся в пространстве и в той или иной степени генетически связанные ЭПА образуют почвенные комбинации.
По степени связи со средой обитания в эдафоне выделяются три группы:
Геобионты - постоянные обитатели почвы (дождевые черви (Lymbricidae), многие первичнобескрылые насекомые (Apterigota)), из млекопитающих кроты, слепыши.
Геофилы - животные, у которых часть цикла развития проходит в другой среде, а часть - в почве. Это большинство летающих насекомых (саранчовые, жуки, комары-долгоножки, медведки, многие бабочки). Одни в почве проходят фазу личинки, другие - фазу куколки.
Геоксены - животные, иногда посещающие почву в качестве укрытия или убежища. К ним относятся все млекопитающие, живущие в норах, многие насекомые (таракановые (Blattodea), полужесткокрылые (Hemiptera), некоторые виды жуков).
Особая группа - псаммофиты и псаммофилы (мраморные хрущи, муравьиные львы); адаптированы к сыпучим пескам в пустынях. Приспособления к жизни в подвижной, сухой среде у растений (саксаул, песчаная акация, овсяница песчаная и др.): придаточные корни, спящие почки на корнях. Первые начинают расти при засыпании песком, вторые при сдувании песка. От заноса песком спасаются быстрым ростом, редукцией листьев. Плодам присуща летучесть, пружинистость. От засухи предохраняют песчаные чехлы на корнях, опробковение коры, сильно развитые корни. Приспособления к жизни в подвижной, сухой среде у животных (указаны выше, где рассматривался тепловой и влажный режимы): минируют пески - раздвигают их телом. У роющих животных лапы-лыжи - с наростами, с волосяным покровом. Почва - промежуточная среда между водой (температурный режим, низкое содержание кислорода, насыщенность водяными парами, наличие воды и солей в ней) и воздухом (воздушные полости, резкие изменения влажности и температуры в верхних слоях). Для многих членистоногих почва была средой, через которую они смогли перейти от водного к наземному образу жизни. Основными показателями свойств почвы, отражающими возможность ее быть средой обитания для живых организмов, являются гидротермический режим и аэрация. Или влажность, температура и структура почвы. Все три показателя тесно связаны между собой. С повышением влажности повышается теплопроводность и ухудшается аэрация почв. Чем выше температура, тем сильнее идет испарение. Непосредственно с этими показателями связаны понятия физической и физиологической сухости почв.
Физическая сухость обычна место при атмосферных засухах, в связи с резким сокращением поступления воды из-за долгого отсутствия осадков.
В Приморье такие периоды характерны для поздней весны и особенно сильно выражены на склонах южных экспозиций. Причем при одинаковом положении в рельефе и прочих сходных условиях произрастания, чем лучше развит растительный покров, тем быстрее наступает состояние физической сухости.
Физиологическая сухость - более сложное явление, оно обусловлено неблагоприятными условиями среды. Заключается в физиологической недоступности воды при достаточном, и даже избыточном ее количестве в почве. Как правило, физиологически недоступной становится вода при низких температурах, высоких засоленности или кислотности почв, наличии токсических веществ, недостатке кислорода. Одновременно недоступными становятся и растворимые в воде элементы питания: фосфор, сера, кальций, калий и др.
Из-за холодности почв, и обусловленными ею переувлажнением и высокой кислотностью, физиологически недоступны корнесобственным растениям большие запасы воды и минеральных солей во многих экосистемах тундры и северотаежных лесов. Этим объясняется сильное угнетение в них высших растений и широкое распространение лишайников и мхов, особенно сфагновых.
Одним из важных приспособлений к суровым условиям в эдасфере является микоризное питание. Практически все деревья имеют связь с грибами-микоризообразователями. Каждому виду дерева соответствует свой микоризообразующий вид гриба. За счет микоризы увеличивается активная поверхность корневых систем, а выделения гриба корнями высших растений легко усваиваются. Как сказал В.В. Докучаев "…Почвенные зоны являются и зонами естественноисторическими: тут очевидна теснейшая связь климата, почвы, животных и растительных организмов…". Это хорошо видно на примере почвенного покрова в лесных районах на севере и юге Дальнего Востока.
Характерной особенностью почв Дальнего Востока, формирующихся в условиях муссонного, т.е. очень влажного климата, является сильное вымывание элементов из элювиального горизонта. Но в северных и южных районах региона этот процесс неодинаков из-за разной теплообеспеченности местообитаний. Почвообразование на Крайнем Севере происходит в условиях короткого периода вегетации (не более 120 дней), и повсеместного распространения вечной мерзлоты. Недостаток тепла, часто сопровождается переувлажнением почв, низкой химической активностью выветривания почвообразующих пород и замедленным разложением органики. Жизнедеятельность почвенных микроорганизмов сильно угнетена, а усвоение питательных элементов корнями растений - заторможено. В результате северные ценозы отличаются низкой продуктивностью - запасы древесины в основных типах лиственничных редколесий не превышают 150 м 2 /га. При этом накопление отмершей органики превалирует над ее разложением, вследствие чего формируются мощные торфянистые и гумусовые горизонты, в профиле высоко содержание гумуса. Так, в северных лиственниках мощность лесной подстилки достигает?10-12 см, а запасы недифференцированной массы в почве - до 53% от общего запаса биомассы насаждения. Одновременно идет вынос элементов за пределы профиля, а при близком залегании мерзлоты они аккумулируются в иллювиальном горизонте. В почвообразовании, как во всех холодных областях северного полушария, ведущий процесс - подзолообразовательный. Зональными почвами на северном побережье Охотского моря являются Al-Fe-гумусовые подзолы, в континентальных районах - подбуры. Во всех районах Северо-востока обычны торфяные почвы с многолетней мерзлотой в профиле. Для зональных почв характерна резкая дифференциация горизонтов по цвету.
3. Значение почвы
Почвенный покров является важнейшим природным образованием. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет собой основной источник продовольствия, обеспечивающий 95-97% продовольственных ресурсов для населения планеты. Площадь земельных ресурсов мира составляет 129 млн. км 2 или 86,5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе сельскохозяйственных угодий занимают около 15 млн. км 2 (10% суши), сенокосы и пастбища- 37,4 млн. км 2 (25% суши). Общая пахотнопригодность земель оценивается различными исследователями по-разному: от 25 до 32 млн. км 2 .
Представления о почве, как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами появились лишь в конце XIX в., благодаря В.В. Докучаеву, - основоположнику современного почвоведения. Он создал учение о зонах природы, почвенных зонах, факторах почвообразования.
4. Структура почвы
Почва - это особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Почва - это та среда, где взаимодействует большая часть элементов биосферы: вода, воздух, живые организмы. Почву можно определить как продукт выветривания, реорганизации и формирования верхних слоев земной коры под влиянием живых организмов, атмосферы и обменных процессов. Почва состоит из нескольких горизонтов (слоев с одинаковыми признаками), возникающих в результате сложного взаимодействия материнских горных пород, климата, растительных и животных организмов (особенно бактерий), рельефа местности. Для всех почв характерно уменьшение содержания органических веществ и живых организмов от верхних горизонтов почв к нижним.
Горизонт Al - темноокрашенный, содержащий гумус, обогащен минеральными веществами и имеет для биогенных процессов наибольшее значение.
Горизонт А 2 - элювиальный слой, имеет обычно пепельный, светло-серый или желтовато-серый цвет.
Горизонт В - элювиальный слой, обычно плотный, бурый или коричневой окраски, обогащенный коллоидно-дисперсными минералами.
Горизонт С - измененная почвообразующими процессами материнская порода.
Горизонт В - исходная порода.
Поверхностный горизонт состоит из остатков растительности, составляющих основу гумуса, избыток или недостаток которого определяет плодородие почвы.
Гумус - органическое вещество, наиболее устойчивое к разложению и поэтому сохраняющееся после того, как основной процесс разложения уже завершен. Постепенно гумус также минерализуется до неорганического вещества. Перемешивание гумуса с почвой придает ей структуру. Обогащенный гумусом слой называется пахотным, а нижележащий слой - подпахотным. Основные функции гумуса сводятся к серии сложных обменных процессов, в которых участвуют не только азот, кислород, углерод и вода, но и различные минеральные соли, присутствующие в почве. Под гумусовым горизонтом располагается подпочвенный слой, соответствующий выщелоченной части почвы, и горизонт, отвечающий материнской породе.
Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. В твердой фазе преобладают минеральные образования и различные органические вещества, в том числе гумус, или перегной, а также почвенные коллоиды, имеющие органическое, минеральное или органоминеральное происхождение. Жидкую фазу почвы, или почвенный раствор, составляет вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями, а также газами. Газовую фазу почвы составляет "почвенный воздух", включающий газы, заполняющие свободные от воды поры.
Важным компонентом почвы, способствующим изменению ее физико-химических свойств, является ее биомасса, включающая кроме микроорганизмов (бактерии, водоросли, грибы, одноклеточные) еще и червей и членистоногих.
Образование почв происходит на Земле с момента возникновения жизни и зависит от многих факторов:
Субстрат, на котором образуются почвы. От характера материнских пород зависят физические свойства почв (пористость, водоудерживающая способность, рыхлость и т.д.). Они определяют водный и тепловой режим, интенсивность перемешивания веществ, минералогический и химический составы, первоначальное содержание элементов питания, тип почвы.
Растительность - зеленые растения (основные создатели первичных органических веществ). Поглощая из атмосферы углекислоту, из почвы воду и минеральные вещества, используя энергию света, они создают органические соединения, пригодные для питания животных.
С помощью животных, бактерий, физических и химических воздействий органическое вещество разлагается, превращаясь в почвенный гумус. Зольные вещества наполняют минеральную часть почвы. Неразложившийся растительный материал создает благоприятные условия для действия почвенной фауны и микроорганизмов (устойчивый газообмен, тепловой режим, влажность).
Животные организмы, выполняющие функцию преобразования органического вещества в почву. Сапрофаги (земляные черви и др.), питающиеся мертвыми органическими веществами, влияют на содержание гумуса, мощность этого горизонта и структуру почвы. Из наземного животного мира на почвообразование наиболее интенсивно влияют все виды грызунов и травоядные животные.
Микроорганизмы (бактерии, одноклеточные водоросли, вирусы) разлагающие сложные органические и минеральные вещества на более простые, которые в дальнейшем могут использоваться самими микроорганизмами и высшими растениями.
Одни группы микроорганизмов участвуют в превращениях углеводов и жиров, другие - азотистых соединений. Бактерии, поглощающие молекулярный азот воздуха, называют азотофиксирующими. Благодаря их деятельности, атмосферный азот могут использовать (в виде нитратов) другие живые организмы. Почвенные микроорганизмы принимают участие в разрушении токсических продуктов обмена высших растений, животных и самих микроорганизмов в синтезе витаминов, необходимых для растений и почвенных животных.
Климат, влияющий на тепловой и водный режимы почвы, а значит на биологический и физико-химические почвенные процессы.
Рельеф, перераспределяющий на земной поверхности тепло и влагу.
Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, снижении и повышении их плодородия. Под влиянием человека меняются параметры и факторы почвообразования - рельефы, микроклимат, создаются водохранилища, проводится мелиорация.
Основное свойство почвы - плодородие. Оно связано с качеством почв.
В разрушении почв и снижении их плодородия выделяют следующие процессы:
Аридизация суши - комплекс процессов уменьшения влажности обширных территорий и вызванное этим сокращение биологической продуктивности экологических систем. Под действием примитивного земледелия, нерационального использования пастбищ, беспорядочного применения техники на угодьях почвы превращаются в пустыни.
Эрозия почв, разрушение почв под действием ветра, воды, техники и ирригации. Наиболее опасна водная эрозия - смыв почвы талыми, дождевыми и ливневыми водами. Водные эрозии отмечаются при крутизне уже 1-2°. Водной эрозии способствует уничтожение лесов, вспашка по склону. почва обитание гумусовый микроорганизм
Ветровая эрозия характеризуется выносом ветром наиболее мелких частей. Ветровой эрозии способствует уничтожение растительности на территориях с недостаточной влажностью, сильными ветрами, непрерывным выпасом скота.
Техническая эрозия связана с разрушением почвы под воздействием транспорта, землеройных машин и техники.
Ирригационная эрозия развивается в результате нарушения правил полива при орошаемом земледелии. Засоление почв в основном связано с этими нарушениями. В настоящее время не менее 50% площади орошаемых земель засолено, потеряны миллионы ранее плодородных земель. Особое место среди почв занимают пахотные угодья, т.е. земли, обеспечивающие питание человека. По заключению ученых и специалистов, для питания одного человека следует обрабатывать не менее 0,1 га почвы. Рост численности жителей Земли напрямую связан с площадью пахотных земель, которая неуклонно сокращается. Так в РФ за последние 27 лет площадь сельскохозяйственных угодий сократилась на 12,9 млн. га, из них пашни - на 2,3 млн. га, сенокосов - на 10,6 млн. га. Причинами этого являются нарушение и деградация почвенного покрова, отвод земель под застройку городов, посёлков и промышленных предприятий.
На больших площадях происходит снижение продуктивности почв из-за уменьшения содержания гумуса, запасы которого за последние 20 лет сократились в РФ на 25-30%, а ежегодные потери составляют 81,4 млн. т. Земля сегодня может прокормить 15 млрд. человек. Бережное и грамотное обращение с землей сегодня стало самой актуальной проблемой.
Из сказанного следует, что почва включает минеральные частицы, детрит, множество живых организмов, т.е. почва - это сложная экосистема, обеспечивающая рост растений. Почвы - это медленно возобновляемый ресурс.
Процессы почвообразования протекают очень медленно, со скоростью от 0,5 до 2 см за 100 лет. Мощность почвы невелика: от 30 см в тундре до 160 см - в западных черноземах. Одна из особенностей почвы - естественное плодородие - формируется очень длительное время, а уничтожение плодородия происходит всего за 5-10 лет. Из сказанного следует, что почва менее подвижна по сравнению с другими абиотическими составляющими биосферы. Хозяйственная деятельность человека в настоящее время становится доминирующим фактором в разрушении почв, снижении и повышении их плодородия.
5. Органическая часть почвы
В почве содержится некоторое количество органического вещества. В органогенных (торфяных) почвах оно может преобладать, в большинстве же минеральных почв его количество не превышает нескольких процентов в верхних горизонтах.
В состав органического вещества почвы входят как растительные и животные остатки, не утратившие черт анатомического строения, так и отдельные химические соединения, называемые гумусом. В составе последнего находятся как неспецифические вещества известного строения (липиды, углеводы, лигнин, флавоноиды, пигменты, воска, смолы ит.д.), составляющие до 10-15% всего гумуса, так и образующиеся из них в почве специфические гумусовые кислоты.
Гумусовые кислоты не имеют определённой формулы и представляют собой целый класс высокомолекулярных соединений. В советском и российском почвоведении они традиционно разделяются на гуминовые и фульвокислоты.
Элементный состав гуминовых кислот (по массе): 46-62% C, 3-6% N, 3-5% H, 32-38% O. Состав фульвокислот: 36-44% C, 3-4,5% N, 3-5% H, 45-50% O. В обоих соединениях присутствуют также сера (от 0,1 до 1,2%), фосфор (сотые и десятые доли %). Молекулярные массы для гуминовых кислот составляют 20-80 кДа (минимальная 5 кДа, максимальная 650 кДа), для фульвокислот 4-15 кДа. Фульвокислоты подвижнее, растворимы на всём диапазоне pH (гуминовые выпадают в осадок в кислой среде). Отношение углерода гуминовых и фульвокислот (Cгк/Cфк) является важным показателем гумусового состояния почв.
В молекуле гуминовых кислот выделяют ядро, состоящее из ароматических колец, в том числе азотсодержащих гетероциклов. Кольца соединяются "мостиками" с двойными связями, создающими протяжённые цепи сопряжения, обуславливающие тёмную окраску вещества . Ядро окружено периферическими алифатическими цепями, в том числе углеводородного и полипептидного типов. Цепи несут различные функциональные группы (гидроксильные, карбонильные, карбоксильные, аминогруппы и др.), что является причиной высокой ёмкости поглощения- 180-500 мг-экв/100 г.
О строении фульвокислот известно значительно меньше. Они имеют тот же состав функциональных групп, однако более высокую ёмкость поглощения- до 670 мг-экв/100 г.
Механизм формирования гумусовых кислот (гумификация) до конца не изучен. По конденсационной гипотезе (М.М. Кононова, А.Г. Трусов) эти вещества синтезируются из низкомолекулярных органических соединений. По гипотезе Л.Н. Александровой гумусовые кислоты образуются при взаимодействии высокомолекулярных соединений (белки, биополимеры), затем постепенно окисляются и расщепляются. Согласно обеим гипотезам в этих процессах принимают участие ферменты, образуемые преимущественно микроорганизмами. Есть предположение о чисто биогенном происхождении гумусовых кислот. По многим свойствам они напоминают тёмноокрашенные пигменты грибов.
Заключение
Земля - единственная из планет имеет почву (эдасфера, педосфера)- особенную, верхнюю оболочку суши.
Эта оболочка сформировалась в исторически обозримое время - она ровесница сухопутной жизни на планете. Впервые на вопрос о происхождении почвы ответил М.В. Ломоносов ("О слоях земли"): "…почва произошла от согнития животных и растительных тел … долготою времени…".
А великий русский ученый В.В. Докучаев (1899) впервые назвал почву самостоятельным природным телом и доказал, что почва есть "…такое же самостоятельное естественноисторическое тело, как любое растение, любое животное, любой минерал … оно есть результат, функция совокупной, взаимной деятельности климата данной местности, ее растительных и животных организмов, рельефа и возраста страны…, наконец, подпочвы, т.е. грунтовых материнских горных пород. … Все эти агенты-почвообразователи, в сущности, совершенно равнозначные величины и принимают равноправное участие в образовании нормальной почвы…".
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
презентация , добавлен 20.11.2014
Описание структуры воды пресных водоемов и донных иловых отложений. Характеристика почвы как среды обитания микроорганизмов. Исследование влияния вида и возраста растений на ризосферную микрофлору. Рассмотрение микробного населения почв разных типов.
курсовая работа , добавлен 01.04.2012
Определение среды обитания и характеристика ее видов. Особенности почвенной среды обитания, подбор примеров организмов и животных ее населяющих. Польза и вред для почвы от существ, обитающих в ней. Специфика приспособления организмов к почвенной среде.
презентация , добавлен 11.09.2011
Среды обитания, освоенные живыми организмами в процессе развития. Водная среда обитания – гидросфера. Экологические группы гидробионтов. Наземно-воздушная среда обитания. Особенности почвы, группы почвенных организмов. Организм как среда обитания.
реферат , добавлен 07.06.2010
Участие микроорганизмов в биогеохимических циклах соединений углерода, азота, серы, в геологических процессах. Условия обитания микроорганизмов в почве и воде. Использование знаний о биогеохимической деятельности микроорганизмов на уроках биологии.
курсовая работа , добавлен 02.02.2011
Почва как среда обитания и основные эдафические факторы, оценка ее роли и значения в жизнедеятельности живых организмов. Распределение животных в почве, отношение растений к ней. Роль микроорганизмов, растений и животных в почвообразовательных процессах.
курсовая работа , добавлен 04.02.2014
Почва - рыхлый тонкий поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Почва как биокосное тело природы по определению В.И. Вернадского, ее насыщенность жизнью и неразрывная связь с ней. Неоднородность условий, формы присутствия влаги в почве.
презентация , добавлен 05.03.2013
Физические свойства воды и почвы. Влияние света и влажности на живые организмы. Основные уровни действия абиотических факторов. Роль продолжительности и интенсивности воздействия света - фотопериода в регуляции активности живых организмов и их развития.
презентация , добавлен 02.09.2014
Среда обитания осьминога и черты приспособленности к среде обитания. Относительный характер приспособленности и механизм ее возникновения, развитие органов для захвата, удержания, умерщвления добычи. Продолжительность жизни, строение организма, питание.
лабораторная работа , добавлен 17.01.2010
Среда обитания растений и животных. Плоды и семена растений, их приспособленность к размножению. Приспособление к передвижению разных существ. Приспособленность растений к разным способам опыления. Выживаемость организмов в неблагоприятных условиях.
Растение из почвы получает воду, а вместе с водой соединения азота и все зольные элементы своего тела.
Таким образом, всё, что влияет на поступление и передвижение воды в почве, на химизм почвы и т. п., влияет вместе с тем и на растения. Почва и растения находятся в постоянном взаимном обмене, и вне этого обмена немыслимы ни жизнь растения, ни жизнь почвы. Если основные черты растительности данного географического ландшафта определяются климатом и историей происхождения растений, то почвенные (или эдафические) факторы определяют детали распределения растительных группировок.
Одни растения предпочитают почвы с кислой реакцией (например, сфагнум), другие со щелочной, третьи (так называемые кальцифилы) растут на почвах с большим содержанием извести (сосна горная - Pious montana), четвёртые не переносят таких почв (люпин, сладкий каштан, сфагнум), пятые приспособились жить на почвах, обогащённых солями, вредными для других растений. Обитатели засолённых почв, или галофиты, относятся обычно к суккулентам (хотя по некоторым внутренним особенностям и отличаются от последних). Так как в их теле много воды, то соли, поступающие в организм (избежать этого поступления растение не может), не в состоянии образовать там раствор вредной концентрации. Галофиты, не имеющие облика суккулентов, борются с избытком солей путём выделения их с помощью особых желёзок наружу, так что растение (например, некоторые виды кермека) оказывается покрытым снаружи кристалликами или даже корочкой солей.
На экологии растений сказывается также и механический состав почвы, так как от него зависит водоудерживающая способность почвы, лёгкость или трудность передвижения в ней воды и циркуляции воздуха.
Почвы глинистые, как менее водопроницаемые, способствуют застаиванию воды на поверхности, отличаются плохой аэрацией, но зато богаты питательными веществами. В глинистых почвах растение обычно не образует разветвлённой корневой системы. Растения, обитающие на песках (псаммофиты), находятся в иных условиях, так как пески, как порода рыхлая, хорошо пропускают воду, относительно хорошо проветриваются, но сами подвержены выдуванию ветром. При выдувании растению грозит опасность засохнуть, если обнажатся его корни; с другой стороны, растение может погибнуть и вследствие погребения его (засыпания) песком, причём этой участи в одних случаях подвергаются целые экземпляры, в других их плоды и семена. Для ограждения от подобной опасности плоды псаммофитов покрыты щетинками, снабжены крылышками, т. е. они очень лёгкие и при движении воздуха обгоняют песчинки, так что те не могут их засыпать. Взрослые многолетние травянистые растения борются против засыпания развитием корневищ с длинными междоузлиями и острыми концами, которые быстро растут, пробивают засыпавший их слой песка и дают новые побеги на поверхности. Чтобы корни не засыхали при выдувании, они защищены чехлами из сцементированных песчинок; корень в таком чехле лежит свободно и отделён от стенок чехла слоем воздуха.
Наверное, самым существенным и главным отличием грунтов, в которых приходится жить растениям в комнатах, от открытого грунта является то, что почва, в которой они растут, - не естественная часть земной поверхности и многие нормальные процессы человеку приходится регулировать своим вмешательством.
Как известно, почва - это сложная, комплексная система, включающая в себя не только неживые компоненты, которыми являются как различные органические и минеральные химические вещества - от совершенно инертных (не использующихся в связанных с жизнедеятельностью растений реакциях) до весьма активных, так и живые микроорганизмы. По сути, ее саму можно сравнить с подобием живого существа.
Свойства почвы под воздействием многих внешних естественных и вызванных прямым или косвенным вмешательством человека факторов (их называют антропогенными, что переводится как «вызванные деятельностью человека») - и температуры окружающей среды, и изменения степени влажности по сезонам или после дождей и поливов, и высасывания растениями питательных веществ, и противоположного процесса, то есть ее искусственного удобрения, и множества других - с течением времени обязательно меняются. К сожалению, в большинстве случаев с точки зрения полезности для растений - в худшую сторону, особенно если к естественным процессам добавляются результаты нецеленаправленной работы человека (целенаправленно ситуацию можно, наоборот, хотя бы на какое-то время улучшить). И не удивительно: с одной стороны, сами растения постоянно вытягивают из почвы питательные вещества, с другой - в почву с поливами попадают минеральные соли, а из атмосферы (и нередко опять-таки вместе с поливной водой) - токсические металлы, гербициды, пестициды и тому подобная «прочая химия».
Эти процессы постепенного ухудшения (как непосредственного снижения плодородия, так и накапливания в грунте различных нежелательных для растений «добавок», препятствующих их нормальному развитию и росту) называют деградацией почвы.
Однако если бы все природные процессы сводились только к деградации, растения на Земле давно бы исчезли. Но в естественной среде протекают и противоположные процессы - процессы восстановления. Те же самые погибшие в неблагоприятный год растения в дикой природе (или в огороде, который перестали обрабатывать) под действием микроорганизмов разлагаются в почве, возвращая в нее некогда высосанные питательные вещества. Повышается содержание гумуса (точнее, определенных его компонентов) - и со временем в результате ряда сложных химических взаимодействий (а заодно и перемещения веществ между слоями почвы разной глубины) устраняются загрязнение и засоление. Взамен погибшей от «химии» почвенной микрофлоры с соседних участков расселяется новая - и так далее. При этом процессы восстановления могут протекать относительно быстро исключительно в открытой системе. Да, да - именно в открытом во всех смыслах этого слова грунте, не ограниченном ни снизу, ни по бокам. Но стоит только изолировать какую-то его часть, лишить возможности свободного обмена содержимым с нижними горизонтами и соседними участками, как эффективность восстановительных процессов упадет почти до нуля, в то время как деградационные процессы сохранятся во всей «красе». Причем чем меньшим будет объем грунта, тем быстрее почва деградирует и тем меньше у нее останется шансов восстановиться.
В комнатах, где овощам приходится расти в лучшем случае в рассадном ящике, а плодовым деревьям и кустарникам - в контейнерах, на естественную восстановительную способность почвы можно вообще не надеяться. Со всеми нежелательными изменениями грунта «комнатному огороднику» или «комнатному садоводу» придется бороться своими руками.
В целом по своей сути способы улучшения качества почвы остаются теми же самыми, что и для открытого грунта. Если почва истощилась - ее удобряют (но делать это придется намного чаще), в том числе, в случае необходимости (обеззараженный грунт), и специальными бактериальными удобрениями; для улучшения механического состава ее рыхлят; для достижения нужной влажности чаще поливают; в случае засоления или изменения кислотности на нежелательную - применяют те или иные мелиоранты (известковые при слишком высокой кислотности, гипсование при слишком низкой, керамзит, вермикулит, активированный уголь и прочие вещества с аналогичными свойствами - при засолении).
Правда, с другой стороны, в комнатах же можно сделать и нечто немыслимое для открытого грунта - просто взять и выбросить старую землю, полностью или частично заменив ее более качественной почвой. Это наиболее целесообразно делать при загнивании почвы (явление, в открытом грунте не встречающееся) и в случае чрезмерной засоленности.
Другие особенности, связанные с объемом почвы
Более быстрое истощение и деградация почвы в комнатных условиях - не единственная проблема, связанная со слишком небольшими объемами грунта, используемыми для выращивания растений в комнатах, мало того - часто не самая главная. Недостаточный объем земли сам по себе нередко становится непреодолимым препятствием для культивирования в комнатах тех или иных видов овощных или плодово-ягодных культур.
Например, в комнатах практически невозможно встретить подсолнечник (не считая его специальных декоративных сортов, которые также очень редки). Почему? Да потому, что в открытом грунте корни подсолнечника могут достигать глубины около 2 м. Обеспечить им достаточное количество места в каком-либо ящике и даже контейнере почти нереально и вдобавок не вполне целесообразно. То же самое касается и многих других культур с очень развитой и мощной корневой системой.
Но даже к простому, так сказать, физическому размеру корней проблема не сводится. Вспомните о том, какое значение для растений имеет площадь питания (площадь - это в открытом грунте, где нет ограничения по продвижению корней вниз). Корням мало где-то разместиться, им еще требуется выкачать из обжитой ими почвы нужное количество влаги и питательных элементов, то есть им необходим и некий дополнительный запас грунта, из которого они смогут вытянуть нужное количество необходимых веществ. Из-за этого (впрочем, в сочетании с неблагоприятными микроклиматическими факторами, что позволяет с несколько большей вероятностью успеха выращивать некоторые из них на балконе) в комнатах крайне редко выращивают корнеплоды и клубнеплоды (впрочем, редко не означает «никогда»), а если и выращивают условно относящиеся к данной категории культуры, то с «вторичной» целью (например, петрушку и сельдерей, но не для получения собственно корнеплодов, а на зелень).
Впрочем, как и в случае с проблемой деградации почвы, небольшой (пусть относительно) объем почвы, который можно дать растениям в комнатах, имеет и свою положительную сторону. И даже не одну. Если в огороде обрабатывать грунт физически обычно сложно - в комнатах слишком больших усилий для этого не требуется (наиболее «энергоемкое» из них - доставка почвы в квартиру), работать с ним можно во вполне комфортных условиях. Но главное - улучшить или даже «подогнать» под потребности той или иной культуры большой объем почвы гораздо сложнее, чем маленький. Именно небольшие объемы земли для ящиков и горшков (да и само наличие этих емкостей, разграничивающих разные культуры в пространстве) позволяют обеспечить растения именно тем грунтом, который подходит тому или иному овощу лучше всего.
Допустим, для выращивания одной культуры идеально подходит слабощелочной грунт, а для другой - слабокислый. Заизвестковав почву для первой из них на участке, мы невольно создадим другой неблагоприятные условия (если, конечно, они не растут в разных концах огорода). В комнатах, с отдельными емкостями, этого можно не бояться. Любители щелочного и «кисленького» смогут спокойно расти на одном окне. Да и в целом на участке из-за общего большого объема осенних и весенних огородных работ далеко не каждому огороднику по силам приблизить грунт по всем параметрам к идеально подходящему для данного вида (там обычно исправляют лишь наиболее явные недостатки почвы и по-разному удобряют разные грядки). А в комнатах сделать это совсем не трудно, подсыпав в основной грунт ту или иную добавку или вообще составив его из набора заранее заготовленных компонентов по индивидуальному для каждой культуры рецепту.
Впрочем, о грунтах, которые можно использовать для выращивания растений, - отдельный разговор.
По материалам книги Цветковой М.В «Огород на окне и балконе»
Почва--основа природы суши. Можно до бесконечности поражаться самому факту, что наша планета Земля единственная из известных планет, которая имеет удивительную плодородную пленку -- почву. В. В. Докучаев (1846--1903) впервые стал рассматривать почву как динамическую, а не инертную среду. Он доказал, что почва живой, населенный многочисленными организмами, она сложна по своему составу. Им было выявлено пять главных почвообразующих факторов, к которым относятся климат, материнская порода (геологическая основа), топография (рельеф), живые организмы и время.
Очень сложные химические, физические, физико-химические и биологические процессы протекают в поверхностном слое горных пород на пути их превращения в почву. Под почвой надо понимать все поверхностные слои горных пород, переработанные и измененные под воздейсвием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительных и животных организмов, а на окультуренных территориях и деятельностью человека, способные давать урожай. Та минеральная порода, на которой почва образовалась и которая как бы родила почву, называется материнской породой.
В состав почвы входят четыре важных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50--- 60% общего состава почвы), органическое вещество (до 10%), воздух (15 -- 25%) и вода (25 -- 35%).
Минеральная основа (минеральный скелет) почвы -- это неорганический компонент. Структура почвы определяется содержанием в ней песка и глины.
В почве, как правило, выделяют три основных горизонта, различающиеся по морфологическим и химическим свойствам: верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт, горизонт вымывания, или иллювиальный, материнскую породу, или горизонт. Химизм почв частично определяется минеральным скелетом, частично органическим веществом. Большая часть минеральных компонентов представлена в почве кристаллическими структурами. Песок и алеврит состоят главным образом из кварца (кремнеземом). Кремнезем служит источником силикат-ионов и образуют электронейтральные кристаллы. Силикаты являются преобладающими почвенными минералами.
Большую роль в удержании воды и питательных веществ играет особенно многочисленная и важная группа илистых минералов. Большинство их встречается в виде мельчайших плоских кристаллов, образующих в воде коллоидную суспензию. В связи с очень малыми размерами частиц почвенные коллоиды имеют огромную суммарную поверхность -- на 1 см3 почвы около 6 тыс. м2, или более половины гектара, Этим объясняется их большая способность к физической адсорбции. Физическая адсорбция определяет поглотительную способность почвы. Для почвы характерна биогенная аккумуляция химических элементов под влиянием растительности, которая отсутствует в коре выветривания. Химизм почвенного раствора является для почвенных организмов экологическим фактором первостепенной важности. На рост растений оказывает влияние реакция почвенного раствора (рН), связанная с содержанием в почве кислот (угольной кислоты, фульвокислот в глеево-подзолистых почвах) или щелочей (сода в солонцах), которая сильно зависят и от состава ионов, входящих в почвенный поглощающий комплекс. Обилие ионов водорода или алюминия вызывает кислую реакцию, ионов натрия -- щелочную. Высокой кислотностью отличаются подзолистые и болотные почвы, щелочностью -- солонцы. Черноземы имеют реакцию, близкую к нейтральной.
Для почвенного питания растений важен солевой режим почвы, характеризующийся содержанием и доступностью в почвенном растворе солей элементов, необходимых для жизнедеятельности растений (азота, калия, фосфора, кальция, серы, железа и др.). Среди разных типов засоленных почв основные -- солончаки и солонцы, имеющие неодинаковый солевой и водный режимы. Нижние горизонты уплотнены и насыщены ионами натрия, при высыхании растрескиваются на столбы, глыбы и т. д. Животные и растения, обитающие на почве и в почве, постоянно воздействуют на субстрат, забирая у него питательные вещества. Из отмерших растений образовавшаяся органическая субстанция попадает в виде опада листвы и хвои в почву, перерабатывается микроорганизмами и превращается непосредственно или через животные организмы в почвенный гумус.
Каждому типу почв соответствует определенный животный мир и определенная растительность. Отмирающие или уже отмершие организмы или их части накапливаются на поверхности н внутри почвы, образуя органическое вещество. Совокупность живущих в почве организмов называют эдафоном.
Органическое вещество почвы, состоящее из отмерших остатков растений и животных, называют гумусом. К таким животным относятся фитофаги, питающиеся тканями живых растений; сапрфаги - потребляющие мертвые вещества растений, некрофаги - питающиеся трупами животных; хищники - поедающие живых животных, копрофаги - уничтожающие экскременты животных. Все они составляют сложную систему, получившую название сапрофилъного комплекса животных. В круговороте ееществ в почве растении синтезируют органиченкое вещество. Животные производят механическое и биохимическое разрушение его и тем самым подготавливает его для гумусообразования. Микроорганизмы синтезируют почвенный гумус и затем разлагают его. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие. Мощность гумусового слоя и содержание гумуса в почве являются одним из важнейших показателей уровня плодородия почв.
При изучении наземно-воздушной среды жизни, по физическому состоянию, подвижности, доступности и значению для растений почвенная вода подразделяется на гравитационную, гигроскопическую и капиллярную.
Гравитационная вода -- подвижная вода. Вода в почве удерживается также вокруг отдельных коллоидных частиц в виде тонкой прочной связанной пленки. Это гигроскопическая вода. Гигроскопическая вода постепенно переходит в капиллярную, удерживающуюся вокруг почвенных частиц силами поверхностного натяжения. Помимо перечисленных форм воды в почве содержится парообразная влага, занимающая все свободные от воды поры.
Различают физическую и физиологическую сухость почвы. При физической сухости почва испытывает недостаток влаги. Физиологическая сухость почвы -- явление более сложное.
Большую роль в формировании почвы играет рельеф. На одинаковых и одновозрастных формах рельефа образуются близкие и однотипные почвы. На местности с расчлененным рельефом, неодинаковым уровнем грунтовых вод наблюдаются различия в климате, режиме тепла, скорости испарения поверхностной влаги и в распределении атмосферных осадков.
Почвенные факторы.
Характеристика почвенных экологических факторов.
Отношение растений к кислотности почвы.
Растения и содержание в почве важнейших элементов питания.
Типы растений по отношению к особенностям почвенного покрова.
1. Почва – важнейшее природное тело, возникшее вследствие взаимодействия различных факторов почвообразования: материнской породы, климата, живых организмов, рельефа местности, возраста территории, хозяйственной деятельности человека.
Очень большое экологическое значение имеет мощность почвенного покрова (от поверхности до материнской горной породы). Вся его толща пронизана корнями растений. Чем толще слой почвы и ее гумусовый горизонт, тем глубже укореняются в ней растения, так как такая почва удерживает больше влаги и питательных веществ. Во всех типах почв наибольше экологическое значение имеют водный, тепловой, воздушный и солевой режимы. Поглощение воды и растворенных в ней питательных веществ корнями растений из почвы зависит от ее аэрации и температуры.
Механический состав почвы . Почва состоит из минеральных, органических и органо-минеральных механических элементов, находящихся в химическом взаимодействии. В составе почв кроме торфяных обычно преобладают минеральные механические элементы, на втором месте – гуматы, затем полуразложившиеся органические остатки и свободные органические кислоты. Механический состав почвы определяется соотношением твердых частиц различных размеров. В зависимости от содержания песчаных (крупнее 0,01 мм, или «физический песок») и глинистых частиц (мельче 0,01 мм, или «физическая глина») различают песчаные, супесчаные, суглинистые и глинистые почвы.
Механические элементы почв склеиваются различными выделениями микроорганизмов и высших растений, пронизываются и скрепляются гифами грибов и мелкими корешками высших растений, образуя агрегаты или структурные отдельности. Агрегаты различной величины, формы и прочности в совокупности создают характерную для той или иной почвы структуру. В свою очередь структура определяет водный, тепловой и воздушный режимы, биологию, а следовательно, и питательный режим почвы.
Органическое вещество почвы . Органическую часть почвы составляют живые микроорганизмы, корни растений, опад и, главным образом, перегной, или гумус, представляющий собой продукт гумификации и неполного разложения растительных остатков и трупов почвенных макро- и микроорганизмов. Это темноокрашенная органическая часть почвы, содержащая гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин, ульмин и основные элементы питания растений. Темный цвет гумуса способствует лучшему прогреванию почвы, а его высокая влагоемкость – удержанию воды почвой. Гумус прочно склеивает минеральные частицы, образуя комочки, что улучшает структуру почвы. Все эти свойства благоприятствуют условиям роста растений на почвах, богатых гумусом.
Гумусовые вещества играют большую роль в формировании структуры почвы. В зависимости от преобладания агрегатов разных размеров различают структуру глыбистую, комковатую, ореховатую, зернистую, пылеватую и т. д. наиболее прочные структурные отдельности, хорошо впитывающие влагу, но не расплывающиеся, создаются путем склеивания частиц перегноем при наличии кальция. А это означает наиболее благоприятный воздушно-водный режим почвы.
Коллоиды почвы . Большое значение для растений имеет содержание в почве коллоидов – минеральных (очень мелких частиц, образующихся в результате выветривания горных пород), органических (появляющихся при разрушении органических остатков) и органо-минеральных. В связи с очень малыми размерами частиц почвенные коллоиды имеют огромную суммарную поверхность: например, на 1 см³ почвы около 6 тыс. м². этим объясняется их большая способность к физической адсорбции – поглощению и удержанию воды и растворенных в ней питательных веществ на своей поверхности. Наряду с другими видами поглощения (механическим, физико-химическим, или обменным, химическим) физическая адсорбция определяет поглотительную способность почвы, вследствие чего эта часть почвы (коллоиды и тончайшие частицы ила) получила название почвенного поглощающего комплекса.
Химизм почвенного раствора является для растений экологическим фактором первостепенной важности. На рост и состояние растений сильно влияет реакция почвенного раствора (рН), которая связана с содержанием в почве кислот (угольная кислота, фульвокислоты в глеево-подзолистых почвах) или щелочей (сода в солонцах), а также сильно зависит от состава ионов, вошедших в почвенный поглощающий комплекс. Обилие ионов водорода или алюминия вызывает кислую реакцию, ионов натрия – щелочную. Высокой кислотностью отличаются болотные и подзолистые почвы, щелочностью – солонцы; черноземы имеют реакцию, близкую к нейтральной.
Очень важен для почвенного питания растений солевой режим почвы, который характеризуется содержанием и доступностью в почвенном растворе солей элементов, необходимых для жизнедеятельности растений (азота, калия, фосфора, кальция, серы, железа и др.). Некоторые вещества (железо, алюминий) обычно имеются в почве в количествах, достаточных для питания растений; другие, например, азот, калий, фосфор, потребляемые растениями в наибольших дозах, часто оказываются в недостатке. Весьма существенна для нормального течения многих физиологических процессов растения обеспеченность почвы микроэлементами – медью, бором, марганцем, иодом и др.
Почвенный воздух , заполняющий поры, необходим для дыхания и нормального течения других физиологических процессов, происходящих в корнях растений. Его количество в почве определяется особенностями ее структуры (наличие пор, скважин), а также ее водным режимом. В сухой почве все скважины заняты воздухом; по мере ее увлажнения воздух вытесняется водой, а часть составляющих его газов растворяется в почвенной воде. Для нормального роста растений почва должна содержать и воду (в мелких и средних порах), и воздух (в крупных порах). По составу почвенный воздух сильно отличается от атмосферного, в основном повышенным содержанием углекислого газа (до 10%), образующегося при дыхании корней и почвенных организмов, а также сниженным содержанием кислорода. Состав воздуха в почве значительно меняется в разных горизонтах в зависимости от времени года, режима увлажнения и других причин. Под влиянием различных факторов (выдувания, теплового расширения, диффузии газов, изменений атмосферного давления) почвенный воздух постоянно обновляется, что очень существенно для жизнедеятельности корней растений и почвенной микрофлоры.
Биотические факторы почвы . Кроме мертвых, разлагающихся остатков растений и животных в почве находится огромное количество микро- и макроорганизмов, играющих исключительную роль в жизни высших растений. Ю. Одум, исходя из размеров живых почвенных организмов, делит их на следующие группы:
1). Микробиота – бактерии, грибы, почвенные водоросли и простейшие.
2). Мезобиота – нематоды, клещи, ногохвостики, мельчайшие личинки насекомых и некоторые другие организмы.
3). Макробиота – корни растений, крупные насекомые и дождевые черви.
Наибольшее экологическое значение имеют бесхлорофилльные микроорганизмы почвы, особенно бактерии, грибы, актиномицеты и различные простейшие – инфузории, амебы, корненожки и др. Больше всего микроорганизмов в окультуренных почвах, богатых зольными веществами и азотом. Особенно много их на корнях растений и в почве, непосредственно прилегающей к корням, – ризосфере . По физическим, химическим и биологическим свойствам ризосфера резко отличается от почвы, удаленной от корней растений. Именно в ней сосредоточено наибольшее количество микроорганизмов и наиболее бурно протекают почвообразовательные процессы. Количество микроорганизмов зависит не только о богатства почвы, но и от вида растений. Особенно много их в ризосфере люпина, люцерны и некоторых других бобовых.
Известно, что химический состав корневых выделений и содержимое отмирающих корневых волосков, клеток эпидермиса и других частей у разных видов растений неодинаковы, вследствие чего микрофлора их ризосферы также различна.
Численность микроорганизмов в ризосфере зависит от возраста растения и стадии его развития. Особенно много микроорганизмов на корнях молодых растений непосредственно перед цветением. Именно в этот период корни обильно выделяют органические вещества, способствующие быстрому росту и размножению микроорганизмов.
Больше всего микроорганизмов сосредоточено в гумусовом горизонте. В верхнем пахотном слое почвы живая масса бактерий, грибов, водорослей и актиномицетов, вместе взятых достигает 10 т/га и более. По мере углубления в почву количество микроорганизмов уменьшается.
Таким образом, вокруг корней высших растений создается особая форма жизни, способствующая бурному развитию микроорганизмов, которые, разлагая органические и минеральные соединения почвы, делают их доступными для зеленых растений. Более того, микроорганизмы сами выделяют продукты своего метаболизма и тем самым повышают плодородие слоя почвы, расположенного непосредственно у корней. В составе метаболитов имеются так называемые биотические вещества, обладающие свойствами биокатализаторов. К ним относятся ферменты, ауксины, витамины, некоторые аминокислоты и др. Эти вещества, активизируя ростовые процессы у растений, увеличивают их урожайность.
Как правило, в гумусовом и других почвенных горизонтах преобладают бактерии. Грибы, актиномицеты и водоросли также играют существенную роль в почвообразовательном процессе и оказывают известное влияние на жизнь высших растений. Почвенные грибы минерализуют лесную подстилку. Кроме мицелия высших грибов существенную роль играют плесневые грибы и дрожжи. Все они, разлагая растительные остатки, повышают плодородие почв и таким образом увеличивают запас элементов питания для растений. Общеизвестна роль микоризы для развития древесных растений. Многие травянистые растения также не могут нормально развиваться без микоризы.
Миксомицеты, как и аэробные бактерии, лучше всего развиваются на богатых, умеренно увлажненных почвах. По численности они занимают второе место после бактерий. Как и бактерии, они разлагают органические вещества почвы и делают их доступными для растений. Количество живущих в почве простейших сравнительно невелико – до 10 тыс. в 1 г почвы.
Кроме бесхлорофилльных микроорганизмов, в почве живет большое количество микроскопических водорослей – синезеленых, зеленых, диатомовых и др. Положительное значение почвенных водорослей заключается в том, что они стимулируют жизнедеятельность азотофиксирующих бактерий и таким образом косвенно участвуют в накоплении азота в почве, а многие из них сами фиксируют свободный азот воздуха. Как правило, в почвах под травянистыми ценозами водорослей больше, чем в лесных. Больше всего водорослей в степных черноземах.
Кроме богатства почв на численность микроорганизмов и их видовой состав большое влияние оказывают климатические условия и прежде всего температура и влажность почвы.
Недостаток тепла, особенно в более высоких широтах, замедляет почвообразовательный процесс. По этой причине в южных почвах микробиологические процессы значительно интенсивнее, чем в северных.
Исключительное влияние на численность и жизнедеятельность микроорганизмов оказывает влажность почвы. Почвенные микроорганизмы поглощают питательные вещества главным образом из почвенного раствора, в котором имеются аминокислоты, продукты разложения органических остатков, органические кислоты, различные соли и т. д. Из почвенного раствора вещества всасываются через поверхность клетки путем абсорбции и диффузии. При недостаточной влажности почвы даже засухоустойчивые микроорганизмы плохо размножаются, их биохимическая активность снижается. Лучше всего микробиологические процессы протекают при влажности почвы около 60% от полной ее влагоемкости. В таких условиях почва достаточно обеспечена водой и воздухом и в ней интенсивно осуществляются процессы аммонификации и нитрификации. Переувлажнение почвы приводит к подавлению аэробных микробиологических процессов.
Таким образом, интенсивное размножение и активную деятельность почвенных микроорганизмов определяет сочетание богатства почв с оптимальным увлажнением и сравнительно высокой температурой. Кроме того, для нормальной деятельности аэробных микроорганизмов необходим воздух. К аэробным микроорганизмам относят значительную часть бактерий и большинство актиномицетов.
Кроме перечисленных выше факторов большое значение для микроорганизмов имеет активная кислотность почвы. В нейтральных и щелочных почвах преобладают бактерии и актиномицеты, в кислых – грибы.
Исключительно важную роль играют земляные черви. Их ходы способствуют аэрации почвы и проникновению корней растений в более глубокие горизонты. Пропуская почву через пищеварительный тракт, они обогащают ее пищеварительными ферментами и полезными для растений солями.
2. Из химических почвенных факторов для растений весьма существенна реакция почвенного раствора, или степень кислотности, выражаемая отрицательным логарифмом концентрации (точнее активности) ионов водорода (рН). Реакция почвенного раствора (которая может быть кислой, щелочной или нейтральной) оказывает большое влияние на численность микроорганизмов в почве и на их групповой и видовой состав, а через них – на режим питания зеленых растений.
Кислотность почвы обусловлена в основном водородными ионами угольной и органических кислот, а также ионами алюминия, частично марганца. Кислотность почвы, вызванную избытком свободных водородных ионов, обычно называют активной илиактуальной кислотностью , а вызванную обменными ионами алюминия или почвенными коллоидами– потенциальной илиобменной кислотностью . Кроме того, различаютобщую , илититрируемую, кислотность (щелочность), обусловленную наличием в почвенном растворе кислот или щелочей.
Активная кислотность определяется величиной рН. В разных почвах рН варьирует от 3 (в сфагновых торфяниках и в подстилке сосны на сфагновых болотах) до 11 (на солонцах). Выражение рН 7 – показатель нейтральной реакции среды. В такой среде активность водородных и гидроксильных ионов одинакова. Кроме нейтральных имеются кислые почвы, у которых рН меньше 7, и щелочные почвы – с рН больше 7.
Реакция почвенного покрова определяется климатом, растительностью, материнской породой, грунтовыми водами, рельефом местности, удобрениями и т. д. Поскольку активная реакция почвенного раствора зависит главным образом от присутствия в нем кислот и карбонатов, то роль климата, растительного покрова и материнских пород в возникновении кислотности очевидна. В холодном климате высоких широт и влажном климате лесной зоны из-за недостатка тепла и избытка влаги в процессе разложения (минерализации) растительных остатков выделяется много кислот. Немало их выделяют и сами растения. Кислоты способствуют быстрому растворению и – благодаря обилию осадков – вымыванию извести из почвы. Поэтому кислотность почвы – это прежде всего недостаток кальция в почвенном растворе. Вследствие этого почвы тундр и лесов имеют преимущественно кислую реакцию почвенного раствора. Особенно низкие значения рН в торфяниках и под подстилкой хвойных лесов на торфяных болотах. В лесной зоне, в направлении с севера на юг, уменьшаются активная и обменная кислотность и содержание в почве алюминия; постепенно увеличивается насыщенность почвы основаниями, особенно известью. Это способствует повышению плодородия почв и увеличению продуктивности леса.
В жарком и сухом климате степей, особенно пустынь, кислот образуется еще меньше: они нейтрализуются известью, которая благодаря небольшому количеству осадков не вымывается или очень слабо вымывается из почвы. Кроме того, в степях и пустынях материнские почвообразующие породы богаты известью, в связи с чем реакция почвенного раствора в степной зоне преимущественно нейтральная, а в пустынной – щелочная.
Сама растительность может способствовать установлению той или иной величины рН в почве. В хвое ели содержится большое количество смоляных кислот, дающих кислые продукты разложения, в то время как в хвое лиственницы аккумулируется много извести, и поэтому под лиственничными лесами реакция почвенного раствора менее кислая. сильнощелочная реакция (рН 9,2 – 9,5) создается в верхнем слое почвы (корке) под кронами пустынных деревьев и кустарников (саксаула, черкеза), опад которых содержит большое количество подщелачивающих солей.
Значение рН почвенного раствора для растений определяется тем, что многие процессы обмена веществ с окружающей средой происходят в ограниченной зоне рН. Кислотность почвенного раствора оказывает также сильное влияние на состав и деятельность почвенных микроорганизмов, что в свою очередь отражается на условиях жизни растений. Сильнокислая или сильнощелочная реакция подавляет активность наиболее важных групп почвенной микрофлоры (бактерий нитрифицирующих, азотфиксирующих и т. д.).
Д.Г. Виленский, исходя из величины рН, разделил почвы на следующие группы: сильнокислые – рН 3 – 4, кислые – 4 – 5, слабокислые – 5 – 6, нейтральные – 6 – 7, щелочные – 7 – 8, сильнощелочные – 8 – 9. По его данным, нейтральную реакцию имеют черноземы и сероземы, сильнощелочную – солонцы, кислую – дерново-сильноподзолистые, болотные и серые лесные почвы.
Материнские почвообразующие породы и продукты их выветривания оказывают существенное влияние на величину рН. Ледниковые морены, граниты и некоторые другие кислые породы увеличивают кислотность почв, а карбонаты снижают ее. Богатые известью грунтовые воды снижают, а бедные – повышают кислотность почвы. Во влажном климате на равнинах и в понижениях наблюдается застой воды. В результате уменьшается аэрация почвы и увеличивается кислотность.
Кислоты поступают в почву и из воздуха. Вблизи промышленных центров в воздухе много сернистого и других кислых газов, которые, растворяясь в дождевой воде, поступают в почву и увеличивают ее кислотность. Избыточная кислотность почвы отрицательно действует на обмен веществ, рост и развитие многих растений и на поглощение растениями анионов и катионов. В кислой среде уменьшается поступление в растения анионов, в щелочной – катионов. Кислотность нарушает обмен углеводов в растении. Отрицательное воздействие кислотности почвы объясняется тем, что в кислом почвенном растворе в избытке имеются ионы алюминия, а в некоторых почвах – и марганца. Накопление ионов алюминия подавляет развитие корней, что снижает поглощение корнями растений фосфора, калия, кальция, марганца, железа, бора и других макро- и микроэлементов. Взаимодействие алюминия и фосфора приводит к образованию труднорастворимых фосфатов. Аналогично действует на растения марганец. Известкование почвы увеличивает концентрацию кальция и до некоторой степени нейтрализует вредное влияние кислотности, восстанавливая механизм поглощения катионов.
Таким образом, кислотность почвы и ее последствия обусловлены высокой концентрацией водородных ионов и ионов алюминия, марганца и низким содержанием в почвенном растворе кальция. Однако растения по-разному относятся к кислотности почвы. Например, сфагнум лучше всего растет в кислой среде (рН около 3,5), а ячмень, мать-и-мачеха и другие – при рН 6 – 7. многие растения имеют довольно широкую амплитуду по отношению к рН, например ландыш майский (Convallaria majalis ), сосна обыкновенная. В зависимости от отношения к реакции почвенного раствора растения делят на следующие группы:
1. Ацидофильные растения – растения-индикаторы кислых почв. К этой группе относится сфагнум и такие растения верховых болот, как багульник болотный (Ledum palustre ), мирт болотный (Chamaedaphne calyculata ), подбелолистник (Andromeda polifolia ), клюква болотная (Oxycoccus quadripetalus ), голубика (Vaccinium uliginosum ) и др. Сюда же относятся растения влажных и кислых лугов, хвойных лесов, полей, например луговик извилистый (Deschampsia flexuosa ),луговик дернистый (Deschampsia caespitosa ), белоус (Nardus stricta ), вереск (Calluna vulgaris ), брусника (Vaccinium vitis - idaea ), черника (Vaccinium myrtillus ), щавелек (Rumex acetosella ), полевица собачья (Agrostis canina ), вейник ланцетный (Calamagrostis lanceolata ), лютик едкий (Ranunculus acris ), погремок большой(Alectorolophus major ) и др.
2. Индикаторы нейтральных и близких к ним почв ; сюда входят наиболее ценные в кормовом отношении злаки и бобовые пойменных лугов: овсяница луговая (Festuca pratensis ), овсяница красная (Festuca rubra ), тимофеевка луговая (Phleum pratense ), трясунка (Briza media ), клевер луговой (Trifolium pratense ), клевер горный (Trifolium montanum ), люцерна серповидная (Medicago falcata ); из зонтичных – борщевик сибирский (Heracleum sibiricum ), тмин (Carum carvi ). К этой группе также относятся печеночница благородная (Hepatica nobilis ), сныть (Aegopodium podagraria ) и др.
3. Базифильные растения – индикаторы щелочных почв. К ним относятся растения известняков и меловых отложений, большинство растений сухих степей и пустынь. В лесостепи и в южной части лесной зоны к кальцефилам относятся сон-трава (Pulsatilla patens ), ветреница дубравная (Anemone sylvestris ), мордовник обыкновенный (Echinops sphaerocephalus ), мать-и-мачеха (Tussilago farfara ), очиток едкий (Sedum acre ), горчица полевая (Sinapis arvensis ) и др.
4. Индифферентные растения ; типичный пример – ландыш.
Древесные породы, так же как мхи и травянистые растения, по-разному относятся к кислотности почв: дуб обыкновенный (Quercus robur ), например, предпочитает нейтральные и слабощелочные почвы, а ель обыкновенная (Picea abies ) – умеренно кислые.
3. К числу необходимых химических элементов, поглощаемых из почвы растением, относятся азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, а также ряд микроэлементов (медь, бор, цинк, молибден и др.). Каждый из этих элементов играет свою роль в структуре и обмене веществ растения и не может быть полностью заменен другим.
По отношению к общему богатству почвы необходимыми элементами растения распределяют следующим образом:
1. Эвтрофные – растения, произрастающие на богатых почвах. К ним относятся пролесник (Mercurialis perennis ), ясменник пахучий (Asperula odorata ), растения черноземных степей, из древесных – ясень обыкновенный (Fraxinus excelsior ), клен равнинный (Acer campestre ), клен плантановидный (Acer platanoides ) дуб обыкновенный (Quercus robur ) и др.
2. Олиготрофные – растения, мало требовательные к богатству почв. В эту группу входят вереск обыкновенный (Calluna vulgaris ), осока верещатиковая (Carex ericetorum ), растения верховых сфагновых болот; из древесных к ним относится сосна обыкновенная, способная произрастать на самых бедных почвах и субстратах.
3. Мезотрофные – растения, умеренно требовательные к богатству почв. В эту группу входит большинство луговых и лесных растений.
Значение азота для растений определяется тем, что он входит в состав всех белков и нуклеиновых кислот, является основной частью хлорофилла. При недостатке в почве доступного растению азота листья приобретают светлую окраску. Азот входит в состав гормонов, стимулирующих рост и развитие растений и обмен веществ. Важнейшие источники азота для растений – нитраты и соли аммония, которые образуются в почве в процессе аммонификации и нитрификации. Кроме того, азот воздуха связывают и переводят в доступные для растений соединения азотфиксирующие микроорганизмы, обитающие в почве.
Недостаток азота связан с подавлением деятельности почвенных микроорганизмов, обусловленным низкими или слишком высокими температурами, высокой кислотностью и плохой аэрацией почвы, избыточным увлажнением и другими причинами. В условиях крайнего недостатка азота у растений, особенно у хлебных злаков, наблюдаются следующие признаки азотного голодания (отчасти они напоминают ксероморфоз): тонкие стебли, мелкие, грубые, волокнистые листья, мелкоклеточные ткани, утолщение клеточных стенок; молодые листья имеют слишком светлую окраску, но по мере старения приобретают желтую, красную или пурпуровую; рост и кущение слабое. Недостаток азота ведет к снижению содержания хлорофилла в листьях, недоразвитию побегов и цветков, карликовому росту. Поскольку азот необходим для образования белков, его дефицит может быть фактором, ограничивающим рост растений и накопление фитомассы даже в условиях, оптимальных для фотосинтеза. На лугах при недостатке азота количество злаков в травостое уменьшается, а количество бобовых возрастает, и наоборот, избыток азота в почве приводит к усилению роста злаков и вытеснению бобовых.
Излишек нитратов в почве также вреден, как и их недостаток. При усиленном азотном питании и недостатке калия и фосфора в почве у растений образуются крупные тонкостенные сильно обводненные листья. В клетках таких листьев повышена концентрация азотных соединений, они легко повреждаются насекомыми и неустойчивы к заморозкам.
Разные виды растений неодинаково относятся к содержанию доступного азота в почве. Соответственно различной требовательности к элементу растения располагают по определенной шкале. Например, в шкалах Элленберга «азотным числом» N1 обозначены виды, обычно встречающиеся на бедных азотом почвах (клевер ползучий (Trifolium repens ), смолевка вздутая (Silene inflata )),N5 – ярко выраженные азотолюбы (виды рода марь (Chenopodium ), крапива жгучая (Urtica urens )). ступениN2 –N4 включают переходы между этими крайностями, аN0 означает виды, безразличные к содержанию азота (овсюг (Avena fatua )).
Наиболее требовательны к азоту растения-нитрофилы. Их хороший рост и обилие указывают на богатство почвы нитратами. Обычно они поселяются в местах, где есть дополнительные источники органических отходов, а следовательно, и азотного питания. К нитрофилам относятся лучшие луговые кормовые злаки, табак, растения вырубок (малина (Rubus idaeus ), бузина красная (Sambucus racemosa ), хмель вьющийся (Humulus lupulus ), иван-чай (Chamaenerion angustifolium )), многие рудеральные виды (чистотел (Chelidonium majus ), белена (Hyoscyamus niger ), крапива двудомная (Urtica dioica ), щирица (Amaranthus retroflexus )). Нитрофильны многие зонтичные, поселяющиеся на опушке леса.
К нитрофобам, т. е. растениям, избегающим местообитания, богатые нитратами, относятся виды люпина. Другие представители бобовых безразличны к нитратам, т. к. получают азот от клубеньковых бактерий, но на местообитаниях, неблагоприятных для развития клубеньковых бактерий, бобовые так же, как и другие растения, используют нитраты почвы.
