Почва как среда обитания живого вещества. Почва — живой организм
Почва - это живой организм, состоящий из бесчисленных микроскопических живых существ. Число и разнообразие живых микроорганизмов в почве неизмеримо. В 1 г. почвы содержатся миллиарды бактерий, грибков, водорослей и других организмов, а кроме того, великое множество дождевых червей, мокриц, многоножек, улиток и других почвенных организмов, которые в результате процесса обмена веществ перерабатывают отмершие белковые организмы и другие органические остатки в питательные вещества, доступные для усвоения растениями. Благодаря их деятельности в почве из исходного растительного и белкового материала образуется гумус, из которого в результате соединения с водой и кислородом высвобождаются питательные вещества для растений. Рыхлая структура почвы также достигается во многом благодаря деятельности
почвенных организмов, которые естественным образом перемешивают минеральные и органические вещества, вырабатывая новую обогащенную субстанцию. Это значительно повышает плодородие почвы. Изучением почвообитающих животных занимается специальная отрасль науки - почвенная зоология, сформировавшаяся лишь в нашем столетии. После того как специалисты разработали методы учета и фиксации животных, что связано со значительными техническими трудностями, глазам зоологов предстало целое царство существ, разнообразных по строению, образу жизни и своему значению в естественных процессах, происходящих в почве. По биологическому разнообразию животный мир почвы можно сравнить разве что с коралловыми рифами - классическим примером наиболее богатых и разнообразных природных сообществ на нашей планете.
Среди них и крупные беспозвоночные типа дождевых червей, и микроорганизмы, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Помимо мелких размеров (до 1 мм) большинство почвообитающих беспозвоночных животных имеет и незаметную окраску покровов тела, беловатую или серую, поэтому разглядеть их можно только после специальной обработки фиксаторами, под лупой или микроскопом. Микроорганизмы составляют основу животного населения почвы, биомасса которой достигает сотни центнеров на гектар. Если говорить о численности дождевых червей и других крупных беспозвоночных, то она измеряется десятками и сотнями на один квадратный метр, а численность мелких и микроскопических организмов достигает миллионов и миллиардов особей.
К примеру, простейшие и круглые черви (нематоды) с размером тела до 0,01 мм по своей физиологии - типично водные существа, способные дышать кислородом, растворенным в воде. Мельчайшие размеры позволяют им довольствоваться микроскопическими капельками влаги, заполняющей узкие почвенные полости. Там черви передвигаются, находят пищу, размножаются. При пересыхании почвы они способны длительное время находиться в неактивном состоянии, покрываясь снаружи плотной предохранительной оболочкой из застывающих выделений.
Из почвенных организмов покрупнее можно назвать почвенных клещей, ногохвосток, мелких червячков - ближайших родственников дождевых червей. Это уже настоящие сухопутные животные. Они дышат атмосферным кислородом, заселяют воздушные внутрипочвен-ные полости, корневые ходы, норы более крупных беспозвоночных. Мелкие размеры, гибкое
Почвенные организмы являются жизненно необходимым звеном в замкнутом цикле обмена веществ. Благодаря их жизнедеятельности все продукты органического происхождения разлагаются, перерабатываются и приобретают доступную для растений минеральную форму. Минеральные вещества, растворенные в воде, поступают из почвы к корням растений, и цикл начинается сначала
тело позволяют им использовать даже самые узкие промежутки между почвенными частицами и проникать в глубокие горизонты плотных суглинистых почв. Например, панцирные клещи уходят вглубь на 1,5-2 м. Для этих мелких почвенных обитателей почва также не плотная масса, а система ходов и полостей, соединенных между собой. Животные обитают на их стенках, как в пещерах. Переувлажнение почвы оказывается столь же неблагоприятным для ее обитателей, как и пересыхание. Хорошо различимы почвенные беспозвоночные с размерами тела крупнее 2 мм. Здесь можно встретить разнообразные группы червей, наземных моллюсков, ракообразных (мокрицы, бокоплавы), пауков, сенокосцев, лож-носкорпионов, многоножек, муравьев, термитов, личинок (жуков, двукрылых и перепончатокрылых насекомых), гусениц бабочек Дождевые черви и некоторые личинки насекомых имеют сильно развитую мускулатуру. Сокращая мышцы, они увеличивают диаметр своего тела и раздвигают почвенные частицы. Черви заглатывают землю, пропускают ее через свой кишечник и продвигаются при этом вперед, как бы "проедаясь" сквозь почву. Позади они оставляют свои экскременты с продуктами обмена и слизью, обильно выделяемой в полости кишечника. Этими слизистыми комочками черви покрывают поверхность хода, укрепляя его стенки, поэтому такие ходы долго сохраняются в почве.
А личинки насекомых имеют особые образования на конечностях, голове, иногда на спине, которыми они действуют, как лопатой. Например, у медведок передние ноги превращены в сильные орудия копания - они расширены, с зазубренными краями. Эти скребки способны рыхлить даже очень сухую почву. У личинок же
хрущей, роющих ходы на значительную глубину, орудием рыхления служат верхние челюсти, которые имеют вид треугольных пирамидок с зубчатой вершиной и с мощными гребнями по бокам. Личинка ударяет этими челюстями в почвенный комочек, разбивает его на мелкие частицы и подгребает их под себя. Другие крупные обитатели почвы живут в уже имеющихся полостях. Они отличаются, как правило, очень гибким тонким телом и могут проникать в очень узкие и извилистые ходы. Роющая деятельность животных имеет большое значение для почвы. Система ходов улучшает ее аэрацию, что благоприятствует росту корней и развитию аэробных микроби-альных процессов, связанных с гумификацией и минерализацией органического материала. Недаром Чарльз Дарвин писал, что задолго до того, как человек изобрел плуг, дождевые черви научились правильно и хорошо обрабатывать землю. Он посвятил им специальную книгу "Образование почвенного слоя дождевыми червями и наблюдения над образом жизни последних".
Основная роль почвенных организмов заключается в способности быстро перерабатывать растительные остатки, навоз, бытовые отходы, превращая их в высококачественное естественное органическое удобрение биогумус. Во многих странах, в том числе и в нашей, червей научились разводить на специальных фермах для получения органических удобрений. Оценить вклад невидимых тружеников почвы вуюрмировании ее структуры помогут следующие примеры. Так, муравьи, строящие почвенные гнезда, выбрасывают на поверхность из глубоких слоев почвы более тонны земли на 1 га. За 8-10 лет они перерабатывают практически весь заселенный ими горизонт. А пустынные мокрицы поднимают с глубины 50- 80 см на поверхность почву, обогащенную элементами минерального питания растений. Там, где находятся колонии этих мокриц, растительность более высокая и густая. Дождевые же черви способны перерабатывать в год до 110 т земли на 1 га.
Передвигаясь в земле и питаясь отмершими растительными остатками, животные перемешивают органические и минеральные частицы почвы. Затаскивая наземный опад в глубокие слои, они тем самым улучшают аэрацию этих слоев, способствуют активизации микро-биальных процессов, что приводит к обогащению почвы гумусом и питательными веществами. Именно животные своей деятельностью создают гумусовый горизонт и почвенную структуру.
Роль дождевых червей в биологической жизни почвы
Дождевые черви рыхлят почву, проникая в отличие от других почвенных организмов, способных проживать лишь в одном почвенном слое, в разные слои почвы. Через проделанные червями отверстия к корням растений проникают воздух и вода.
Дождевые черви способствуют обогащению почвы кислородом, что предотвращает процессы гниения органического материала
: Дождевые черви поглощают органические остатки, вместе с которыми в пищеварительный тракт попадают минеральные частицы, крупицы глины, почвенные водоросли, бактерии, микроорганизмы. Там этот разнородный материал перемешивается и перерабатывается, благодаря обменным процессам, дополняется выделениями кишечной микрофлоры червя, приобретая новое состояние, и затем в виде помета попадает в почву. Это качественно улучшает состав почвы и придает ей склеенную комковатую структуру.
Человек научился обрабатывать почву, удобрять ее и получать высокие урожаи. Заменяет ли это деятельность почвенных организмов? В какой-то степени да. Но при интенсивном землепользовании современными методами, при перегрузке почвы химикатами (минеральные удобрения, пестициды, стимуляторы роста), при частых нарушениях ее поверхностного слоя и уплотнении его сельскохозяйственными машинами возникают глубокие нарушения естественных процессов, которые ведут к постепенной деградации почвы, снижению ее плодородия. Завышенные количества минеральных удобрений отравляют землю и убивают ее биологическую жизнь. Химобработки уничтожают в почве не только вредителей, но и полезных животных. Для восстановления этого ущерба требуются годы. Сегодня, в период экологизации нашего мышления, стоит задуматься и над тем, какими критериями оценивать ущерб, нанесенный урожаю. До сих пор было принято считать только потери от вредителей. Но давайте же посчитаем и потери, нанесенные самой почве от гибели почвообразователей.
Для сохранения почвы, этого уникального природного ресурса Земли, способного к самовосстановлению своего плодородия, необходимо прежде всего сохранить ее животный мир. Почвенные организмы, почвообразователи делают то, что пока не может делать человек со своей мощной техникой. Они нуждаются в стабильной среде. Им необходимы кислород в системе проделанных ходов и запас органических остатков, убежища и ходы, которые не нарушаются человеком. Разумное ведение хозяйства, щадящие методы обработки почвы и максимальный отказ от химических средств защиты растений означают создание условий для сохранения живого биомира почвы - залога ее плодородия.
Питательные вещества в составе почвы
Все необходимые для жизни компоненты растения могут получать из почвы только в минеральной форме. Питательные вещества, которыми богаты органическая масса, гумус и органические удобрения могут быть усвоены растениями только после завершения процесса разложения органических соединений или их минерализации.
Наличие в почве достаточного количества питательных веществ является одним из главных факторов успешного развития растений. Свою надземную часть, корневую систему, цветы, плоды и семена растения строят из органических веществ: жиров, белков, углеводов, кислот и других веществ, вырабатываемых зеленой листовой массой растений. Для синтеза органических веществ растениям необходимы десять главных элементов, которые называются биогенными. Биогенные химические элементы постоянно входят в состав организмов и выполняют определенные биологические функции, обеспечивающие жизнеспособность организмов. К биогенным макроэлементам относятся углерод (С), кальций (Са), железо (Fe), водород (Н), калий (К), магний (Mg), азот (N), кислород (О), фосфор (Р), сера (S). Часть этих элементов растение получает из воздуха, например кислород и углерод, водород получает при разложении воды в процессе фотосинте-
Процесс обмена питательных веществ
Питательные элементы играют важнейшую роль в цикличном процессе обмена веществ, обеспечивая жизнедеятельность растений. Вода растворяет питательные вещества и микроэлементы, создавая почвенный раствор, который усваивается корнями растений Солнечная энергия способствует преобразованию питательных веществ в результате процесса фотосинтеза, который, в свою очередь, зависит от присутствия в тканях растений ряда микроэлементов, участвующих в образовании окрашенного вещества хлорофилла
за, остальные элементы поступают растению исключительно из почвы в виде растворенных в воде соединений, так называемого почвенного раствора. Если в почве наблюдается серьезный недостаток какого-либо из элементов, растение слабеет и развивается только до определенной стадии, пока не исчерпает свой внутренний биологический запас данного элемента, существующий в тканях растения. После этой стадии растение может погибнуть. Кроме биогенных макроэлементов для развития растения необходимы микроэлементы, содержащиеся обычно в очень маленьком количестве, но тем не менее играющие важную роль в процессах обмена. К микроэлементам следует отнести: алюминий (А1), бор (В), кобальт (Со), медь (Си), марганец (Мп), молибден Мо), натрий (Na), кремний (Si), цинк (Zn). Hei -остаток или избыток микроэлементов приводит к нарушению обмена веществ, что влечет
за собой отставание в росте и развитии растения, снижение урожайности и другие последствия. Некоторые из перечисленных микроэлементов не являются жизненно необходимыми и часто выделяются исследователями в группу так называемых "полезных элементов". Тем не менее их наличие требуется для полноценного развития растения. Все компоненты должны присутствовать в питании растения в сбалансированном виде, так как отсутствие хотя бы одного из главных элементов, как-то азота, фосфора, калия или кальция, неизбежно влечет за собой недостаточность или невозможность усвоения растением остальных трех элементов, а также других питательных веществ. Именно поэтому наличие всех элементов так важно для полноценного усвоения растением всего питательного комплекса.
Способность растений усваивать питательные вещества из окружающей среды определяется качеством и объемом корневой системы. Растения усваивают питательные вещества в течение всей вегетации, но неравномерно. Потребность растений в питательных веществах меняется в различные периоды развития. В период интенсивного роста растения особенно нуждаются в азоте, во время цветения и плодоношения возрастает потребность в фосфоре и калии. Усвоенные питательные вещества избирательно закрепляются в различных органах растений.
Свойства почвы, как экологического фактора (эдафические факторы).Почва представляет собой совокупность высокодисперсных частиц, благодаря чему атмосферные осадки проникают в её глубину и удерживаются там в капиллярных системах. Сами частицы удерживают на поверхности различные ионы, газы, пары воды. В верхних слоях почвы концентрируются необходимые для питания растений элементы: азот, калий, кальций, фосфор и др. Почвенные растворы различных веществ могут быть кислыми, нейтральными и щелочными. В почвенном воздухе наблюдается повышенное содержание диоксида углерода, углеводородов и водяного пара. В почве также могут содержаться токсичные для организмов химические вещества.
Жизнедеятельность организмов в почве обусловливает её биологические особенности. Так, корневая масса растений в процессе роста, отмирания и разложения разрыхляет почву, создавая определённую структурность ее, и обеспечивает условия для жизни других организмов. Роющие животные перемешивают почвенную массу, а после смерти становятся источником органического вещества для микроорганизмов. Почвенные организмы обеспечивают постоянный круговорот веществ и миграцию энергии, а совместно с климатическими факторами – ежегодные циклические изменения в почве, специфичные для разных широт. Существенную роль, в формировании почвы и её свойств играет рельеф местности.
Физико-химические и механические свойства почвы в совокупности определяют её экологический режим, основными показателями которого являются гидротермические факторы и аэрация. Так, хорошо увлаженная почва легко прогревается и медленно остывает. Суточные колебания температуры почвы достигают глубины до 1 м . Пористость почвы обеспечивает циркуляцию воды и аэрацию её. Аэрация ухудшается с увеличением влажности и температуры почвы. С глубиной в почве увеличивается содержания диоксида углерода. Указанные факторы являются одними из причин вертикальной миграции организмов в почве.
Сложный комплекс температуры, влажности и аэрации почвы обусловливает её гидротермический режим и оказывает решающее влияние на существование почвенных обитателей.
Роль почвы в жизнедеятельности живых организмов.Благодаря вышеперечисленным свойствам, почва обеспечивает живущим в ней организмам водоснабжение и минеральное питание. Недостаток воды в почве угнетает почвенные организмы. Сухость почвы принято подразделять на физическую и физиологическую: физическая – при атмосферной засухе; физиологическая возникает в результате физиологически недоступной физически имеющейся воды. Так, вода некоторых болот, несмотря на её большое количество, недоступна для растений из-за высокой кислотности и других факторов. Физиологически сухими являются и сильно засоленные почвы.
Вместе с водой корневая система растений подаёт в них и минеральные вещества, что в совокупности с участием почвенных микроорганизмов являет собой сложный биохимический процесс.
Важную роль в росте и развитии растений играют органические вещества почвы, состоящие из продуктов гумификации (аэробное разложение растительных и животных останков). Образующийся при этом перегной (гумус) является основным источником минеральных соединений и энергии и обусловливает плодородие и структурность почвы. Гумус служит также источником активных физиологических соединений (витамины, органические кислоты и др.). Главным энергетическим материалом почвы является органическое вещество корней, от количества которого зависит численность и видовое разнообразие почвенных обитателей.
Большой вклад в обеспечение круговорота веществ в почве вносят почвенные животные, которые перемешивают и структурируют её.
Почвенные микроорганизмы, растения и животные играют исключительно важную роль в почвообразовательных процессах.
Почвенные обитатели условно делятся на три экологические группы:
– микробиота – основная составляющая пищевой цепи, являющаяся промежуточным звеном между растительными остатками и почвенными животными (зелёные и сине-зелёные водоросли, бактерии, грибы и др.);
– мезобиота – мелкие личинки насекомых, клещи и др. Они очень многочисленны - до 1·106 особей на 1 м2 почвы;
– макробиота – крупные насекомые, черви и др. Численность их до 300 особей на 1 м2 почвы. Организмы этой группы играют положительную роль в перемешивании почвы.
Засолённость почвы.
В зонах с малым количеством осадков из-за недостаточного промывания почв дождями превалирует восходящий ток воды с выносом из глубин солей, вредных для большинства почвенных организмов. По этому признаку почвы делятся на солонцы (соли расположены в глубоких слоях) и солончаки – постоянное и сильное увлажнение солёными водами.
Эдафические (почвенные) факторы играют важную роль в распространении по Земле растений и животных.
Основоположником современного почвоведения является русский естествоиспытатель В.В.Докучаев, который дал определение понятия «почва »: «это суть поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее окрашены гумусом; эти тела имеют свое собственное происхождение; они всегда и всюду являются результатом совокупной деятельности материнской горной породы, живых и отживших организмов, климата, возраста страны и рельефа местности…».
Несмотря на незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении жизни. Почва представляет собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трехфазную систему , в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Свойства почвы объединяют под общим названием эдафические факторы среды.
Почва обладает специфическими физическими свойствами . Для нее характерна:
более или менее рыхлая структура;
определенная водопроницаемость;
аэрируемость.
В верхних слоях почвы концентрируются элементы, необходимые для питания растений – фосфор, азот, кальций, калий и другие.
Почва пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные для жизни множества организмов.
В почве сглаженытемпературные колебания по сравнению с приземным слоем воздуха, а наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают режим влажности, промежуточный между водной и наземной средой.
Почва обладает также своеобразными биологическими особенностями , поскольку тесно связана с жизнедеятельностью организмов. Верхние слои почвы содержат массу корней растений. В процессе роста, отмирания и разложения они разрыхляют почву и создают определенную структуру, а вместе с тем и условия для жизни других организмов.
Роющие животные перемешивают почвенную массу, а после смерти становятся источником органического вещества для микроорганизмов. Благодаря специфическим свойствам почва выполняет одну из важных функций в жизни различных почвенных организмов и, прежде всего растений, обеспечивая им водоснабжение и минеральное питание.
Оптимальные запасы доступной для растений почвенной воды являются чрезвычайно существенным фактором. Вода передвигается по капиллярам почвы и бесперебойно снабжает растения влагой. Значение почвы в водоснабжении растений тем выше, чем она легче отдает им воду, что зависит от структуры почвы.
Различают физическую и физиологическую сухость почвы . Физическая связана с недостатком влаги и наблюдается в сухом климате; физиологическая – возникает в результате физиологической недоступности физически доступной воды (например, из-за высокой кислотности почвы, её плохой аэрации, наличия токсических веществ).
Важнейшим свойством почвы принято считать ее плодородие. Почва играет важную роль в минеральном питании растений. Вместе с водой в растения через корневую систему поступает ряд минеральных веществ, находящихся в почве в растворенном состоянии. Основным источником минеральных веществ для всех почвенных обитателей является перегной или гумус.
Наиболее древними почвообразователями являются микроорганизмы. Синтез физиологически активных соединений, гумусообразование и полная минерализация органических остатков является главной задачей функции микроорганизмов в почвообразовательных процессах.
Микроорганизмы, растения и животные, обитающие в почве, находятся в постоянном взаимодействии друг с другом, а также со средой обитания. Эти отношения очень сложны и многообразны. Животные и бактерии потребляют растительные углеводы, белки, жиры; грибы разрушают целлюлозу, в частности древесину; хищники питаются тканями своих жертв.
Подвижные почвенные животные разрыхляют почву, создают условия для её аэрации, перемещают в почве органические и минеральные вещества. Например, дождевые черви способны за год выбрасывать на поверхность до 80-90 т/га переработанной земли.
Колебания температуры резки только на поверхности почвы. Здесь они могут быть даже сильнее, чем в приземном слое воздуха. Однако с каждым сантиметром вглубь суточные и сезонные температурные изменения становятся все меньше и на глубине 1–1,5 м практически уже не прослеживаются.
Все эти особенности приводят к тому, что, несмотря на большую неоднородность экологических условий в почве, она выступает как достаточно стабильная среда , особенно для подвижных организмов. Крутой градиент температур и влажности в почвенном профиле позволяет почвенным животным путем незначительных перемещений обеспечить себе подходящую экологическую обстановку.
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 Вас. Вас. Докучаев (1899: 16) 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…".
И уже современный известный ученый почвовед Н.А. Качинский ("Почва, ее свойства и жизнь", 1975) дает следующее определение почвы: "Под почвой надо понимать все поверхностные слои горных пород, переработанные и измененные совместным воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительных и животных организмов".
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. Размеры скелетных частиц: от валунов и камней до мельчайших песчинок и илистых частиц. Физико-химические свойства почв обусловлены в основном составом почвообразующих пород.
От соотношения в почве глины и песка, размеров фрагментов, зависят проницаемость и пористость почвы, обеспечивающие циркуляцию, как воды, так и воздуха. В умеренном климате идеально, если почва образована равными количествами глины и песка, т.е. представляет суглинок. В этом случае почвам не грозит ни переувлажнение, не пересыхание. И то и другое одинаково губительно как для растений, так для и животных.
Органическое вещество – до 10% почвы, образуется из отмершей биомассы (растительная масса – опад листьев, ветвей и корней, валежные стволы, ветошь травы, организмы погибших животных), измельченной и переработанной в почвенный гумус микроорганизмами и определенными группами животных и растений. Более простые элементы, образовавшиеся в результате разложения органики, вновь усваиваются растениями и вовлекаются в биологический круговорот.
Воздух (15-25%) в почве содержится в полостях – порах, между органическими и минеральными частицами. При отсутствии (тяжелые глинистые почвы) или заполнении пор водой (во время подтоплений, таяния мерзлоты) в почве ухудшается аэрация и складываются анаэробные условия. В таких условиях тормозятся физиологические процессы организмов, потребляющих кислород – аэробов, разложение органики идет медленно. Постепенно накапливаясь, они образуют торф. Большие запасы торфа характерны для болот, заболоченных лесов, тундровых сообществ. Торфонакопление особенно выражено в северных регионах, где холодность и переувлажнение почв взаимообусловливают и дополняют друг друга.
Вода (25-30%) в почве представлена 4 типами: гравитационной, гигроскопической (связанной), капиллярной и парообразной.
Гравитационная – подвижная вода, занимают широкие промежутки между частицами почвы, просачивается вниз под собственной тяжестью до уровня грунтовых вод. Легко усваивается растениями.
Гигроскопическая, или связанная – адсорбируется вокруг коллоидных частиц (глина, кварц) почвы и удерживается в виде тонкой пленки за счет водородных связей. Освобождается от них при высокой температуре (102-105°С). Растениям она недоступна, не испаряется. В глинистых почвах такой воды до 15%, в песчаных – 5%.
Капиллярная – удерживается вокруг почвенных частиц силой поверхностного натяжения. По узким порам и каналам – капиллярам, поднимается от уровня грунтовых вод или расходится от полостей с гравитационной водой. Лучше удерживается глинистыми почвами, легко испаряется. Растения легко поглощают ее.
Парообразная – занимает все свободные от воды поры. Испаряется в первую очередь.
Осуществляется постоянный обмен поверхностных почвенных и грунтовых вод, как звено общего круговорот воды в природе, меняющий скорость и направление в зависимости от сезона года и погодных условий.
Строение почвенного профиля
Строение почв неоднородно как по горизонтали, так и по вертикали. Горизонтальная неоднородность почв отражает неоднородность размещения почвообразующих пород, положения в рельефе, особенности климата и согласуется с распределением по территории растительного покрова. Для каждой такой неоднородности (типа почв) характерна своя вертикальная неоднородность, или почвенный профиль, формирующийся в результате вертикальной миграции воды, органических и минеральных веществ. Этот профиль представляет собой совокупность слоев, или горизонтов. Все процессы почвообразования протекают в профиле с обязательным учетом его расчленения на горизонты.
Независимо от типа почвы в ее профиле выделяют три основных горизонта, различающиеся по морфологическим и химическим свойствам между собой и между аналогичными горизонтами в других почвах:
1. Перегнойно-аккумулятивный горизонт А. В нем накапливается и преобразуется органическое вещество. После преобразования часть элементов из этого горизонта выносится с водой в нижележащие.
Этот горизонт наиболее сложный и важный из всего почвенного профиля по своей биологической роли. Он состоит из лесной подстилки – А0, образованной наземным опадом (отмершая органика слабой степени разложенности на поверхности почвы). По составу и мощности подстилки можно судить об экологических функциях растительного сообщества, его происхождении, стадии развития. Ниже подстилки располагается темноокрашенный гумусовый горизонт – А1, образованный измельченными, разной степени разложения остатками растительной массы и массы животных. В деструкции остатков участвуют позвоночные животные (фитофаги, сапрофаги, копрофаги, хищники, некрофаги). По мере измельчения органические частицы поступают в следующий нижний горизонт – элювиальный (А2). В нем происходит химическое разложение гумуса на простые элементы.
2. Иллювиальный, или горизонт вмывания В . В нем оседают и преобразуются в почвенные растворы соединения, вынесенные из горизонта А. Это гуминовые кислоты и их соли, вступающие в реакцию с корой выветривания и усваиваемые корнями растений.
3. Материнская (подстилающая) порода (кора выветривания), или горизонт С. Из этого горизонта – тоже после преобразования – минеральные вещества переходят в почву.
Экологические группы почвенных организмов
|
Исходя из степени подвижности и размеров, вся почвенная фауна сгруппирована в следующие три экологические группы: Микробиотип, или микробиота (не путать с эндемиком Приморья – растением микробиотой перекрестнопарной!): организмы, представляющие промежуточное звено между растительными и животными организмами (бактерии, зеленые и сине-зеленые водоросли, грибы, простейшие одноклеточные). Это водные организмы, но мельче обитающих в воде. Живут в порах почвы, заполненных водой – микроводоемах. Основное звено детритной пищевой цепи. Могут высыхать, а с возобновлением достаточной влажности вновь оживают. Мезобиотип, или мезобиота – совокупность мелких, легко извлекающихся из почвы подвижных насекомых (нематоды, клещи (Oribatei), мелкие личинки, ногохвостки (Collembola) и др. Очень многочисленны – до миллионов особей на 1м2. Питаются детритом, бактериями. Пользуются естественными полостями в почве, сами не роют себе ходов. При снижении влажности уходят вглубь. Приспособления от высыхания: защитные чешуйки, сплошной толстый панцирь. "Паводки" мезобиота пережидает в пузырьках почвенного воздуха. Макробиотип, или макробиота – крупные насекомые, дождевые черви, подвижные членистоногие, живущие между подстилкой и почвой, другие животные, вплоть до роющих млекопитащих (кроты, землеройки). Преобладают дождевые черви (до 300 шт/м2). Каждому типу почв и каждому горизонту соответствует свой комплекс живых организмов, участвующих в утилизации органики – эдафон. Наиболее многочисленным и сложным составом живых организмов обладают верхние – органогенные слои-горизонты (рис. 4). В иллювиальном обитают только бактерии (серобактерии, азотфиксирующие), не нуждающиеся в кислороде. |
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 м2/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 лиственничниках 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.
В южных районах климат имеет черты, сходные с климатом влажных субтропиков. Ведущими факторами почвообразования в Приморье на фоне высокой влажности воздуха служат временно-избыточное (пульсирующее) увлажнение и продолжительный (200 дн), очень теплый вегетационный период. Ими обусловливается ускорение делювиальных процессов (выветривание первичных минералов) и очень быстрое разложение отмершей органики на простые химические элементы. Последние не выносятся за пределы системы, а перехватываются растениями и почвенной фауной. В смешанных широколиственных лесах на юге Приморья за лето "перерабатывается" до 70% годичного опада, а мощность подстилки не превышает 1,5-3 см. Между горизонтами почвенного профиля зональных бурых почв границы выражены слабо.
При достаточном количестве тепла главную роль в почвообразовании играет гидрологический режим. Все ландшафты Приморского края известный дальневосточный ученый-почвовед Г.И. Иванов разделил на ландшафты быстрого, слабо сдержанного и затрудненного водообмена.
В ландшафтах быстрого водообмена ведущим является буроземообразовательный процесс . Почвы этих ландшафтов, они же и зональные – бурые лесные под хвойно-широколиственными и широколиственными лесами и буро-таежные – под хвойными, отличаются очень высокой продуктивностью. Так, запасы древостоев в чернопихтово-широколиственных лесах, занимающих нижние и средние частях северных склонов на слабоскелетных суглинках достигают 1000 м3/га. Бурые почвы отличаются слабо выраженной дифференциацией генетического профиля.
В ландшафтах слабо сдержанного водообмена буроземообразование сопровождается оподзоливанием. В профиле почв, помимо гумусового и иллювиального горизонтов, выделяется осветленный элювиальный и появляются признаки дифференциации профиля. Им присущи слабокислая реакция среды и высокое содержание гумуса в верхней части профиля. Продуктивность этих почв меньше - запасы древостоев на них снижаются до 500 м3/га.
В ландшафтах затрудненного водообмена из-за систематического сильного переувлажнения в почвах создаются анаэробные условия, развиваются процессы оглеения и оторфованности гумусового слоя, Для них наиболее типичны буро-таежные глеево-оподзоленные, торфянисто- и торфяно-глеевые почвы под пихтово-еловыми лесами, буро-таежные торфянистые и торфяно-оподзоленные – под лиственничниками. Из-за слабой аэрации снижаются биологическая активность, увеличивается мощность органогенных горизонтов. Профиль резко разграничен на гумусовый, элювиальный и иллювиальный горизонты.
Поскольку каждому типу почв, каждой почвенной зоне свойственны свои особенности, то и организмы отличаются избирательностью по отношению к этим условиям. По облику растительного покрова можно судить о влажности, кислотности, теплообеспеченности, засоленности, составе материнской породы и прочих характеристиках почвенного покрова.
Не только флора и структура растительности, но и фауна, за исключением микро- и мезофауны, специфична для разных почв. Например, около 20 видов жуков – галофилы, обитают только в почвах с повышенной соленостью. Даже дождевые черви наибольшей численности достигают во влажных, теплых, с мощным органогенным слоем почвах.
