Экосистема почвы
Понятие почвенной экосистемы
Понятие почвенной экосистемы весьма условно, поскольку более правильно считать почвенную среду не особой экосистемой, а составной частью любой наземной экосистемы.
1069;кологические связи между почвой и напочвенным покровом более выражены, чем это бывает в случае двух соседствующих самостоятельных экосистем. Все растения, подземные органы которых находятся в почве, имеют и надземные части, находящиеся за пределами почвенной среды.
1057;реди животных также больше не полностью почвенных, а таких, которые проводят в толще субстрата лишь часть времени. Однако термин «почвенная экосистема» все же нередко используют, чтобы подчеркнуть специфику почвенных процессов и ее участие в общем круговороте веществ.
Биота почв и ее экологическая роль
Консументы в почвах весьма разнообразны. Большая их часть относится к детритной цепи питания, потребляя отмершую органику. Среди этой группы количественно преобладают дождевые черви – собирательное название для нескольких родов олигохет.
1053;екоторые из них обитают в толще почвы, другие – преимущественно в подстилке. И те, и другие играют важную роль в переработке опада, перемешивании и вентиляции почвы, нередко на них приходится бол.
#1093; их может насчитываться до 500 и более особей под 1 квадратным метром поверхности.
В почвах обитают и другие олигохеты – энхитреиды, а также многочисленные простейшие, нематоды, ракообразные (мокрицы), многоножки, насекомые.
1053;екоторые из них питаются детритом, другие – подземными частями растений, третьи – в первую очередь некоторые многоножки и насекомые – хищники.
В почве могут находиться также представители поз.
1086;в немного – большинство проводят там лишь часть времени, причем питаются они на поверхности.
- Среди амфибий к почвенным объектам относятся червяги,
- среди рептилий – некоторые ящерицы и змеи,
- среди млекопитающих к почвенной фауне можно отнести некоторых насекомоядных (кроты, в меньшей степени – землеройки), и грызунов (слепыши, цокоры, в меньшей степени – некоторые полевки). Они в почве не только проводят почти все время, но и питаются.
Особенности почвенного плодородия
Плодородие почвы зависит от особенностей минерального состава почвообразующей породы, видового состава и численности почвенного биоценоза, а также режима увлажнения. Неблагоприятными в этом плане являются как слишком засушливые условия, тормозящие протекание биохимических процессов, так и промывной режим, при котором происходит вынос химических элементов в другие экосистемы.
Оптимальным для накопления гумусовых веществ является коэффициент увлажнения несколько меньше единицы. Таким он бывает в природных зонах степей, саванн и подобных им, где преобладают травянистые, в основном злаковые, фитоценозы. Здесь формируются наиболее плодородные почвы с максимальной мощностью гумусового слоя. На втором месте по плодородию находятся почвы широколиственных лесов (серые лесные) и близких к ним природных сообществ. Также высоким плодородием обладают некоторые типы почв, не связанные с определенной природной зоной, например, почвы пойменных лугов.
Источник: spravochnick.ru
1. Абиотические компоненты экосистемы почвы
2. Биотический компонент экосистемы почвы
3. Структура экосистемы почвы
4. Трофическая структура
5. Особенности круговорот веществ в экосистеме почвы
1. Абиотические компоненты экосистемы почвы
Почва как среда жизни обладает следующими характеристиками: мало света, недостаток кислорода, обилие углекислого газа. В почве для живых организмов лимитирующим фактором является влажность. Обитатели почв называются геобионтами.
Основным источником пополнения водных запасов растений является почвенная влага. Различают три основные категории почвенной воды, отличающиеся по механизму удержания ее почвой: гравитационную, капиллярную и связанную. Разные формы почвенной влаги в неодинаковой степени доступны растениям. Наиболее легко усваивается гравитационная вода, с большим трудом – капиллярная. Вся влага, удерживаемая в почве силами, превышающими осмотическое давление клеточного сока зоны всасывания корня, не может поступить в растение.
На засоленных почвах растения страдают от недостатка воды даже в том случае, когда воды в почве много. Из-за высокой концентрации почвенного раствора вода оказывается недоступной для растений. На таких почвах могут расти только солеустойчивые растения – галофиты.
Влажность почвы, запасы доступной влаги определяются не только особенностями растительного покрова, но и рядом других причин – близостью грунтовых вод, механическим составом почвы, отношением количества осадков к испаряемости.
Гумус обусловливает более темную окраску почвы по сравнению с горной породой, из которой она образуется. В зависимости от характера растительности, климатических условий, особенностей почвообразующей породы почвы имеют различную мощность – от нескольких сантиметров до 1,5-2,0 м.
Под влиянием воды, взаимодействий между различными минеральными и органическими веществами происходит разложение исходных и образование новых веществ. Вещества, входящие в состав почвы, имеют различную растворимость в воде и с различной силой удерживаются почвенными коллоидами. Опускаясь или поднимаясь в виде растворов по почвенной толще, они выпадают из растворов в осадок на разной глубине. С этим связано расчленение почвы по вертикали на горизонтальные слои, которые называются генетическими горизонтами. Переходы между генетическими горизонтами чаще всего бывают постепенными, нерезкими. Наиболее богаты питательными веществами верхние горизонты почвы.
Температура почвы в лесу значительно ниже температуры воздуха. Так, по нашим наблюдениям, в окрестностях г. Саратова в июне в полдень на поверхности почвы она равнялась 22°С, на глубине 5 см 17° С, а дальше снижалась на 1° через каждые 5 см до глубины 20 см. С глубиной различия температуры уменьшаются. В травянистых сообществах температура почвы выше, чем в лесу.
2. Биотический компонент экосистемы почвы
Видовой состав, численность и биомасса почвенных беспозвоночных. Общее число особей беспозвоночных на 1 м2 в слое почвы до 30 см достигает двух миллиардов и более. Наибольшую численность имеют жгутиковые, корненожки, инфузории, нематоды, клещи, ногохвостки, энхитреиды. Биомасса беспозвоночных может достигать 1,1 т в сухом виде или 3,5 т живого веса на 1 га. Большую часть биомассы составляют дождевые черви, простейшие, энхитреиды, многоножки.
Хотя почвенные беспозвоночные играют большую роль в разложении растительных остатков, однако приоритет в трансформации органического вещества и энергии в почве принадлежит микроорганизмам. Объясняется это, прежде всего, высокой их численностью. Число бактерий достигает 1 млрд, а длина грибных нитей 1000 м в 1 г почвы. Однако микробные клетки мелкие, поэтому общая масса микробного вещества в почве незначительна и составляет в пахотном слое почвы до 5 т на га.
Биомасса микробов очень активна. Суммарная поверхность тел микроорганизмов в пахотном слое 1 га пашни составляет несколько сот гектаров. Это огромная поверхность, соприкасающаяся с почвой, выделяет ферменты и продукты обмена, которые вызывают глубокие изменения органических и минеральных составных частей почвенного слоя.
Среди почвенных микроорганизмов различаются грамотрицательные и грамположительные. К грамотрицательным относятся нефотосинтезирующие и фотосинтезирующие. Наиболее обычными для почв являются следующие нефотосинтезирующие бактерии: псевдомонады (аэробы, факультативные анаэробы, денитрификаторы), бделловибрионы (облигатные внутриклеточные паразиты), азотобактер, клубеньковые бактерии, энтеробактерии, почкующиеся бактерии (Nitrobacter – нитрифицирующий микроорганизм), миксобактерни и цитофаги (очень важные агенты разложения целлюлозы), стебельковые бактерии, спириллы, спирохеты. Грамположительными являются следующие группы микроорганизмов: спорообразующие бактерии (палочковидные формы: аэробы – Bacillus и анаэробы – Clostridium), артробактерии (имеют форму кокков, палочек неправильной формы), актииомицеты.
На основании биологических различий среди почвенных микроорганизмов выделяют четыре группы: неспорообразующие бактерии, спорообразующие бактерии (бациллы), актииомицеты, грибы.
Особенностью почвенного микронаселения можно считать то, что большая часть его представителей находится в почве в неактивном состоянии в виде покоящихся спор, цист и других анабиотических структур или вегетативных клеток в стадии поддержания жизни, но не размножения. Вместе они составляют общий микробный запас, или пул, обеспечивающий гомеостаз системы: определенное содержание гумуса, физиологически активных веществ, минеральных и органических веществ, степень разрушения минералов, величину других физических и химических параметров. Микробный пул поддерживается постоянным поступлением доступных веществ из живых растений в виде корневых выделений или из гумуса за счет наличия в почве внеклеточных гидролитических ферментов. Каждая почва характеризуется определенным пулом микроорганизмов и их метаболитов, главным образом ферментов.
Источник: studfile.net
Почва оказывается прежде всего жизненным пространством, пригодным для наземных организмов (см. схему на стр. 26). Так, с почвой связано большинство растений. Она может служить средой обитания как для всего растительного организма на ранних стадиях развития, так и для подземной его корневой части, которая бывает значительной.
Органическое вещество корней составляет от 20—30 до 90% от общей биомассы растений. Наиболее обильна корневая масса во влажных тропических лесах, где часто превышает 1 тыс. ц/га. В хвойных и лиственных лесах она снижается до 800 ц/га, степях — 250, арктических тундрах — 80, пустынях — 30 ц/га. По-иному изменяется соотношение надземной и подземной частей растений.
Больше всего растения спрятаны в почву в тундровой и степной зонах, где корни составляют 70— 90% от общей фитомассы. Это говорит о том, что в экстремальных условиях — при общем недостатке тепла или влаги — растительные организмы стремятся разместиться в основном в почве, отличающейся большей стабильностью своего микроклимата. Аналогичное явление характерно и для многих животных.
Активно используют почву как среду жизни различные микроорганизмы. Содержание микробных клеток в 1 г почвы зачастую выражается поистине астрономическими величинами и может превышать 25 млрд.
Следует, однако, отметить, что распределены почвенные микроорганизмы очень неоднородно как в пространстве, так и во времени. Их содержание сильно меняется в зависимости от свойств почв, сезона года и глубины залегания горизонта. Даже в таком гомогенном горизонте, как пахотном, содержание микроорганизмов в слое 0—5 см может быть в несколько раз выше, чем на глубине около 20 см. Еще более резкое снижение микроорганизмов с глубиной отмечается в некоторых целинных землях, например в подзолистых почвах северной и средней тайги, где основным горизонтом жизни для микробов (а также беспозвоночных животных) оказывается лесная подстилка. Это необходимо в полной мере учитывать при освоении новых районов тайги. Уничтожение подстилки или чрезмерно глубокое ее запахивание может привести к значительному снижению активности почвенной микрофлоры.
Говоря о сезонной изменчивости численности микробов, необходимо обратить внимание на то, что в ходе эволюции возникли микроорганизмы, способные к жизнедеятельности при самых неблагоприятных условиях. Интересны в этом отношении психро-филы — микробы, которые активны и в холодное время года. В составе бактериальной микрофлоры почв умеренных широт насчитывают от 0,5 до 86% психрофилов. Благодаря этим микроорганизмам жизнь почвы не прекращается в зимний период и, следовательно, почва не знает покоя в течение всего года. Однако изучение динамики почв в холодное время года находится пока что в начальной стадии.
Всесторонне используют почву как среду обитания и животные. Из беспозвоночных в почве живут простейшие, плоские и круглые, а также кольчатые черви, моллюски, тихоходки, членистоногие и др. Среди почвенных позвоночных имеются представители класса амфибий, рептилий, млекопитающих.
Распространенность животных различна. Особенно многочисленны некоторые беспозвоночные, такие, как простейшие, нематоды и др.
Необходимо обратить внимание на то, что большая часть зоомассы экосистем суши сосредоточена обычно в почве, так как хотя многие наземные животные и превосходят по весу обитателей почвы, но они более редко встречаются и в целом уступают по общей массе. Вообще это не единственный случай, когда мелкие организмы в совокупности заметно превосходят по тому или иному показателю значительно более крупные. Еще Линней подсчитал, то в тропиках потомство трех мух может съесть труп лошади быстрее, чем лев.
Необходимо подчеркнуть и тот факт, что для разных размерных групп почва выступает как разного типа среда. Так, если рассматривать почвенных беспозвоночных, то самые мелкие из них — коловратки и др., живя в почве, остаются фактически обитателями водной среды. При значительной ее увлажненности эти животные плавают в скоплении почвенной влаги, а в засушливый период обитают в пленках воды, сохраняющихся вокруг мелких частичек, где они продолжают свою жизнедеятельность, питаясь микроорганизмами.
Для более крупных, но все еще небольших по размеру беспозвоночных— ногохвосток, мелких клещей и жуков — почва как среда представлена прежде всего совокупностью ходов и полостей, и жизнь в ней сходна с обитанием в пещерах, воздух в которых, так же как и в почве, насыщен влагой. Для еще более крупных животных — многоножек, дождевых червей и др.— средой обитания является почва в целом.
То, что почва как среда обитания оказывается дифференцированной и многоплановой, позволяет поселяться в ней самым различным представителям живого, предъявляющим зачастую прямо противоположные требования к условиям существования. Поэтому, например, не случайно, что в ряде почв могут одновременно процветать аэробные и анаэробные формы микроорганизмов.
Почва выполняет также функцию жилища и убежища благодаря тому, что многие животные сооружают в ней свои подземные квартиры. Наиболее яркие представители — грызуны: обыкновенная полевка, малый и желтый суслик, сурок, хомяк и др.
Норы грызунов нередко имеют сложное устройство и значительные размеры. У серого сурка они могут простираться в длину на 15—20 м и в некоторых случаях проникать вниз на глубину до 8 м. Жилища обитателей почвы не лишены комфорта. Например, бурундук устраивает себе многокомнатную квартиру, где, кроме камеры для гнезда, имеются кладовые для запасов и уборные. Основное жилище зверек выстилает сухой травой, заботится о нем, ибо здесь он ночует, впадает в зимнюю спячку, выводит свое потомство.
Норы и ходы грызунов могут располагаться очень густо. Так, площадь ходов, которые делают кроты в лесных почвах, порою достигают 7з площади леса.
Строят жилища в почве и многие беспозвоночные. Свои гнезда сооружают здесь роющие осы. Сложные постройки делают термиты, у которых гнездо может уходить на глубину до 12 м. Используют почву в качестве жилища муравьи.
В отношении плотности застройки почва — это четвертое, по образному выражению В. В. Докучаева, царство природы может не уступать современным густонаселенным городам. Поэтому очень важно знать те требования, которые предъявляют подземные жители к почве как жилищу для того, чтобы более глубоко понять их экологию и избежать неприятностей при хозяйственном освоении природы. А то, что они могут случаться и приносить большой ущерб, хорошо известно.
В качестве примера можно указать на случаи массового размножения грызунов в антропогенно измененных ландшафтах. В этом отношении поучителен завоз сусликов в Белоруссию в дореволюционное время. Эти животные были выпущены в районах, где они никогда не обитали. Животные прижились, быстро размножились и вскоре стали серьезными вредителями сельского хозяйства. В результате потребовалось применять дорогостоящие мероприятия по истреблению расплодившихся грызунов.
Нежелательные явления могут возникнуть и при постройке гидротехнических сооружений. Так, затопление подземных жилищ грызунов при строительстве каналов и водохранилищ в состоянии вызвать массовые миграции зверьков. Причем среди переселенцев не исключены носители опасных инфекционных заболеваний.
Представляет интерес и опорная функция почвы, благодаря которой растения сохраняют вертикальное положение, противодействуя силе тяжести и ветру. Если опорные свойства недостаточны, растения начинают испытывать трудности в закреплении своих корневых систем. Например, в районах распространения вечной мерзлоты нередко .растет так называемый «пьяный лес», где многие деревья сильно наклонены, изогнуты или повалены из-за слабой связности почвенного мелкозема.
От опорной функции почвы зависят и некоторые важные стороны жизни животных. Ее дорожные свойства во многом определяют конкретные пути миграции ряда видов и эволюцию их органов движения и способов перемещения.
Немаловажное значение имеет и почвенная функция резерва (депо) семян и других зачатков, знание которой помогает понять некоторые, на первый взгляд странные явления в жизни сухопутных организмов. Так, известно, что многие вырубки быстро зарастают, несмотря на отсутствие значительного привноса семян со стороны, причем появляются растения, не характерные для данного участка. Этот парадокс объясняется тем, что в почве сохраняется запас семян различных растений, которые в случае подходящих условий начинают активно прорастать.
Выделяется также группа функций почвы, тесно связанных с ее химическими и биохимическими свойствами. Это в первую очередь центральная почвенная функция источника питательных элементов и соединений, изучению которой посвящено наибольшее число работ.
Хотя часть влаги и элементов питания растения получают воздушным путем, именно почва оказывается для них главным источником пищи. Кроме воды, они получают из почвы азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу, железо, марганец, медь, молибден и другие необходимые элементы питания. Поэтому знание закономерностей поглощения растениями химических элементов — важное условие разработки передовых систем земледелия, обеспечивающих высокие урожаи.
Среди этих закономерностей необходимо прежде всего назвать наличие определенных ограничений в полноценном почвенном питании растений. Так, растения не в состоянии использовать все формы питательных элементов. Основным рационом оказываются в основном элементы, находящиеся в растворенном или обменном состоянии в виде ионов, хотя в некоторых опытах и отмечалось усвоение корнями сложных соединений — аминокислот, антибиотиков и др. Поэтому далеко не все почвы, богатые валовыми запасами питательных элементов, в состоянии полностью удовлетворить пищевые запросы растений. Преимущество оказывается на стороне почв, характеризующихся оптимальным соотношением основных свойств и процессов: достаточным (но не избыточным) содержанием тонкодисперсной илистой фракции и гумуса, обеспечивающих поддержание необходимого фонда доступных элементов, благоприятным соотношением тепла и влаги и др.
Для успешного питания растений немаловажное значение имеет соотношение доступных элементов в почве, поскольку поступление одного элемента в растительный организм часто зависит от концентрации другого в связи с явлением антагонизма и синергизма ионов. Если увеличение одного элемента тормозит поступление другого, имеет место антагонизм. Когда же такое увеличение активизирует накопление другого элемента — синергизм. Указанные явления учитываются в практике. Так, чтобы снизить содержание молибдена в кормовых культурах, который нередко накапливается в токсичных для животных количествах, в качестве удобрения можно применять соединения меди, заметно уменьшающей благодаря эффекту антагонизма доступность молибдена.
Сложность процесса почвенного питания растений оказывается одной из причин больших трудностей при получении высоких гарантированных урожаев. Прежде всего приходится решать проблему химической «гармонии» растений и почв, поскольку их состав очень сильно различается. Так, примерные подсчеты свидетельствуют о том, что концентрация растворимого азота в почвах по сравнению с культурными растениями в среднем ниже почти в 500 раз, фосфора и калия — в 20 раз, магния и кальция — в 3— 4 раза. Другие элементы могут себя вести по-иному. Так, концентрация железа в почвах выше в 6 раз, чем в растениях.
Неоднозначность почвы как источника пищи делает необходимым постоянное регулирование доступных элементов в ней. Важность этой задачи определяется еще и тем, что на сегодняшний день именно управление почвенным питанием растений оказывается наиболее подвластным человеку благодаря успехам в производстве удобрений. Современные развитые страны за счет применения минеральных удобрений получают 50—60% сельскохозяйственной продукции. Прибавки урожая от химической защиты посевов достигают 20—60%, причем затраты на нее составляют всего лишь 1—5% общих издержек производства.
Следует, однако, отметить, что все более широкое применение минеральных удобрений выдвигает ряд проблем, связанных с их рациональным использованием и предотвращением отрицательных последствий от их применения.
Другая почвенная функция, тесно связанная с только что рассмотренной,— это функция депо элементов питания, энергии и влаги. Ее основное назначение — снабжать живые организмы названными компонентами в случаях израсходования наиболее легкодоступных запасов. В почвенное депо входят соединения, законсервированные в аморфных и кристаллических минералах, скоагулированных гумусовых кислотах, подвижные соединения и влага глубоких горизонтов и др.
Благодаря почвенному депо живые организмы успешно существуют и в периоды, когда наблюдается перерыв в поступлении в почву влаги, тепла, удобрений, растительного опада. О больших возможностях этого депо убедительно свидетельствуют опыты на Ротамстедской станции в Англии, где в течение 100 лет выращивались культуры, под которые не вносились какие-либо удобрения (выполнялись лишь правила передовой обработки почв). Урожай пшеницы составлял около 25% от современных урожаев развитых стран Европы, корнеплодов — около 10%.
Эти опыты свидетельствуют, что хотя только за счет почвенных резервов питания максимальных урожаев добиться нельзя, умелое использование функции депо может служить большим подспорьем при выращивании сельскохозяйственных растений. Практика показывает, что там, где это депо значительно, урожаи более устойчивы, так как они в меньшей мере зависимы от прихотей погоды и сроков внесения удобрений земледельцем. Поэтому при выборе новых земель под пашню и эксплуатации существующих важно учитывать все факторы, обеспечивающие полноценное почвенное депо.
К таким факторам относится физико-химическое обменное поглощение гумусом и глинистыми минералами подвижных биофильных элементов, которое хотя и снижает их доступность растениям, оказывается важным накопительным барьером, препятствующим вымыванию за пределы профиля. Существенное значение имеют и внутрипочвенные агенты выветривания материнских пород — микроорганизмы, корневые выделения и др., переводящие элементы, законсервированные в кристаллических решетках, в доступные формы. Поэтому, например, сильное снижение биохимической активности почв или полное исключение почвенной кислотности — одного из агентов выветривания — может привести к ослаблению почвенного депо и потребовать увеличения удобрений.
Знание механизмов перевода потенциально доступных элементов в усвояемую форму оказывается важным условием разработки передовых систем земледелия. К сожалению, этот вопрос изучен недостаточно.
Существенной, но слабоизученной является почвенная функция стимулятора и ингибитора биохимических и других процессов. Действие данной функции связано с тем, что живые организмы выделяют в почву разнообразные продукты метаболизма — белки, аминокислоты, антибиотики, витамины и другие, активизирующие или угнетающие (ингибирующие) их жизнедеятельность.
С данной функцией нередко связаны многие важные явления в жизни экосистем. Примером может служить почвоутомление, когда наблюдается снижение биомассы растений, несмотря на обеспеченность почвы элементами питания и благоприятные условия климата. Причины почвоутомления различны — ухудшение водно-воздушного режима почвы из-за неправильной ее обработки, увеличение засоренности посевов сорняками и, что весьма существенно, накопление выделений растений и микроорганизмов. Поэтому нередко отмечается угнетение растительных организмов под действием корневых выделений. Самоугнетение отмечено у гваюлы, костра безостого. У древесных пород отмечалось угнетающее влияние одного вида на другой. Например, отрицательно действуют на дуб выделения сосны, осины, вяза и др.
Возможно, однако, и иное — положительное влияние выделений одних организмов на развитие других. Так, отмечается в основном благоприятное взаимовлияние сосны и лиственницы. Нередко имеет место и безразличное отношение растений как к собственным, так и к чужим выделениям. Так, пшеница, ячмень, кукуруза, картофель не страдают от собственных корневых выделений.
Выделения живых организмов могут действовать также опосредованно путем изменения рН почвы и доступности элементов питания. Хорошо известно подкисляющее действие корней ели, сосны и других хвойных пород, которое во многом связано с тем, что корни выделяют ряд кислот — яблочную, щавелевую, янтарную. Кислотные продукты, а также внеклеточные ферменты растений и микроорганизмов оказываются важным фактором усвоения элементов питания из труднодоступных соединений.
Знание рассматриваемой функции почв существенно не только для теории, но и для практики. Учет активаторно-ингибиторных процессов почвы позволяет успешнее решать проблему структуры посевов. Одновидовые посевы и посадки малоперспективны. Например, отмечено, что в чистых ельниках за 2—3 поколения бонитет может упасть со II — III до IV—V классов. Ряд исследователей обращает внимание на большую производительность специальных смешанных посевов и посадок, в которых благодаря подбору видов с положительным взаимовлиянием и учету сезонной и суточной изменчивости корневых выделений имеет место более полное использование почвенного плодородия. Этому способствует прежде всего то, что питательные вещества, выделяемые корнями одного вида, не вымываются из почвы, а перехватываются корнями другого вида, с иным ритмомпоглотительно-выделительной деятельности. Перехваченные вещества оказываются дополнительным источником пищи и играют роль активизатора биохимических процессов в почве.
Следует, однако, обратить внимание на то, что успешное осуществление проектов эксплуатации характеризуемой функции почвы возможно лишь, когда принимается во внимание изменчивость всех ее свойств. Так, необходимо постоянно учитывать динамику влажности, во многом определяющую обмен корневыми выделениями. Этот обмен возможен в широком диапазоне почвенной влажности (от 25 до 90% полной влагоемкости), но наиболее активно он протекает при влажности около 70%, о чем нельзя забывать при регулировании увлажненности почв.
Некоторые важные функции почвы контролируются в основном физико-химическими ее параметрами. К таким функциям относится поглощение — сорбция тонкодисперсного вещества, поступающего из атмосферы, с боковым и грунтовым водным потоками, растительным опадом и др. Поглотительная способность почвы существенно зависит от дисперсности мелкозема, увеличиваясь по мере утяжеления механического состава. Но и в легких почвах ее масштабы велики. Благодаря сорбированию почвенно-растительным покровом соединений, поступающих с осадками и пылью, возможно успешное произрастание растительности даже на очень бедных землях. Примером могут служить высокоствольные сосновые леса на кварцевых подзолах, вещественный состав которых более чем на 90% представлен кремнеземом.
Сорбционная функция имеет большое значение и в жизни культурных растений. Ее влияние может быть двояким. Положительные эффекты обусловлены тем, что благодаря поглотительной способности элементы питания защищены от быстрого вымывания из почвы. Негативные явления связаны с переводом части элементов в труднодоступные формы, что приводит к снижению эффективности удобрений.
В целом работу сорбционной функции можно оценить положительно, особенно в случае ненарушенных экосистем. Однако при неправильном обращении с землею поглотительная способность почв может причинить большие неприятности земледельцу, например, вследствие накопления в мелкоземе ряда вредных элементов и соединений—свинца, ртути и других, которые могут попадать с промышленными отходами и сточными водами небытового происхождения.
Преимущественно с физико-химическими явлениями связана и сорбция мелкоземом микроорганизмов, обитающих в почве или попадающих в нее.
Экблогическое значение данной функции велико, так как, если бы она не действовала, большая часть микроорганизмов выносилась бы из почв с нисходящим током влаги. Исследования показали, что бактериальные клетки некоторых микроорганизмов сорбируются естественной почвой более чем на 90%. В целом, однако, сорбция не всегда может быть настолько эффективна. В опытах была показана отчетливая зависимость сорбции как от свойств сорбента, так и от особенностей микроорганизма. Поэтому одни микроорганизмы поглощаются интенсивнее, чем другие. Некоторые же могут вообще не поглощаться определенными сорбентами. Однако благодаря тому, что почва весьма гетерогенна по составу и представляет собой сложный сорбент с различными свойствами, она в состоянии удерживать любой микроорганизм. Особенно большой вклад в общую сорбцию дает гумус. В опытах с черноземами количество поглощенных клеток некоторых бактерий уменьшалось вдвое, если образцы лишались гумуса путем прокаливания. По-видимому, высокая поглотительная способность органического вещества является одной из причин повышенного содержания микроорганизмов в сильногумусированных почвах.
Сорбированные микроорганизмы сохраняют свою жизнедеятельность. Это оказывается одним из доказательств справедливости высказываний о том, что способность сорбироваться — приспособительный признак, возникший у многих микроорганизмов в процессе эволюции. Почвенные организмы можно разделить на обитателей твердой фазы и обитателей почвенных растворов. Последние, однако, в количественном отношении обычно немногочисленны.
В самостоятельную группу вычленяются информационные функции почв. Среди них выделяется функция сигнала для сезонных и других биологических процессов, контролируемая периодически изменяющимися параметрами почвы — водным, тепловым, пищевым режимами и другими.
Роль почвенной влаги как регулятора сезонного развития организмов, связанных с почвенными горизонтами, особенно ярко проявляется в районах недостаточного увлажнения, где смена фаз развития многих растений диктуется изменениями водообеспеченности почв. В качестве примера можно привести сокращение активного вегетационного периода у эфемеров и эфемероидов и приуроченность его к тому непродолжительному времени, пока почвы достаточно увлажнены. Жизнедеятельность почвообитающих животных в аридных районах также во многом зависит от увлажненности почв! Так, развитие яиц у ряда беспозвоночных происходит лишь при определенной влагообеспеченности почвенных горизонтов, в которых они находятся.
В северных холодных районах решающим фактором сезонного развития зачастую оказывается температура почвы. Начало роста корней ели в европейской северной тайге зависит от температуры почвы. На более холодных участках рост ели задерживается на несколько недель. В холодные годы заметно сокращается и прирост корневой биомассы.
Температура почвы может определять не только продолжительность вегетационного периода, но и влиять на течение ряда физиологических процессов. Отмечено, что при значительном понижении температуры почвы наблюдается падение интенсивности поглощения растениями влаги. Особенно замедляется водопотребление, когда температура воды приближается к 4°С, поскольку при этой температуре она обладает наибольшей плотностью и вязкостью. Полагают также, что снижение температуры почвы может сопровождаться ослаблением фотосинтеза и дыхания растений. Приведенные примеры позволяют понять, почему при освоении северных почв важным мероприятием является их тепловая мелиорация.
В рассматриваемую группу функций входит и регуляция почвой численности, состава и структуры биоценозов. Одним из механизмов осуществления данной функции оказывается влияние почвы на развитие попадающих в нее семян, из огромной, ежегодно пополняемой массы которых прорастает лишь незначительная часть, что во многом определяется конкретными свойствами верхнего почвенного слоя.
Большой интерес представляет функция пускового механизма некоторых смен растительных группировок и связанных с ними комплексов животных (сукцессии). Наиболее ярким примером ее действия может служить последовательная смена биоценозов в результате изменения общей увлажненности почв. Так, известно, что если в лесной зоне почвы испытывают постепенное заболачивание, то происходит закономерная смена фитоценозов. В результате еловый лес со временем заменяется сосняком заболоченным, на месте которого в дальнейшем образуется настоящее болото с присущим ему специфическим комплексом растений.
Одной из фундаментальных информационных функций почвы является почвенная память биогеоценоза (ландшафта). Из всех компонентов ландшафта почва обладает наибольшей способностью к накоплению информации о природной среде и ее изменениях.
Известно, что окружающая нас природа очень динамична и не раз меняла свой лик на протяжении истории существования человека и в более отдаленные эпохи. Так, на территории европейской части СССР в течение четвертичного (антропогенного) периода отмечалось несколько стадий оледенения и похолодания, сменявшихся потеплением и улучшением условий жизни.
При каждой серьезной смене природной обстановки изменялись и почвы, приобретавшие свои специфические черты. Во многих ныне наблюдаемых почвенных разрезах сохранились определенные признаки былых фаз почвообразования, изучение которых существенно для реконструкции истории развития природной среды. Эта реконструкция имеет не только чисто познавательное значение, но и помогает предвидеть будущие изменения природы, в том числе и отрицательные. Ряд ученых считает, что в перспективе не исключена возможность нового оледенения в Северном полушарии. Поэтому вовремя предугадать его начало — значит своевременно принять необходимые меры.
В этой связи становится особенно понятной важность изучения летописи природы, записанной почвой. Однако процедура эта весьма сложна, поскольку, по образному выражению В. О. Таргульяна и И. А. Соколова, ее можно сравнить с чтением книги, в которой на одних и тех же страницах писали многие авторы, каждый писал о своем, но все они дополняли, исправляли и частично зачеркивали друг друга; страницы этой книги перепутаны, а часть их утеряна. Следует, однако, отметить, что познание информации, заложенной в почве, вполне реально при условии разработки специальных методов ее расшифровки и сохранения в ненарушенном состоянии полигенетических почв с наиболее полной записью природных событий. Такие почвы необходимо полностью выявить и взять под особый надзор. Поэтому особенно актуально создание Красной книги почв и дополнительной сети специально почвенных заповедников и заказников.
Выделяется также группа целостных функций почвы, определяемых сочетанием многих ее свойств и процессов. При реализации данных функций в пределах биогеоценозов почва обычно выступает как целое. Так, почва осуществляет трансформацию веществ и энергии (находящихся или попадающих в биогеоценоз), сущность которой состоит в преобразовании почвообразовательным процессом соединений, поступающих с растительным опадом, из атмосферы, с грунтовыми водами, а также в ходе выветривания материнских пород. В связи с действием данной функции почвенный субстрат приобретает свойства, благоприятные для поселяющихся организмов. В частности, в почве происходит не только накопление элементов питания в доступной форме, но и отмечается желательное изменение их соотношения по сравнению с тем, которое имело место в исходной породе. Во многих почвах возрастает доля биофильных элементов — углерода, азота, калия и др.
Заслуживает внимания санитарная функция почвы, характеризующаяся разнообразным проявлением. Прежде всего она обеспечивает освобождение поверхности почвы от отходов жизнедеятельности организмов в результате их минерализации почвенными микробами. Если бы этого не происходило, то поверхность Земли за относительно короткое время оказалась бы покрытой остатками растительных и животных организмов и жизнь на ней в той разнообразной форме, в которой мы сейчас наблюдаем, оказалась бы невозможной.
Важная роль санитарной функции состоит также в том, что почва благодаря определенным своим свойствам ограничивает или подавляет развитие в ней болезнетворных микроорганизмов, в силу чего в незагрязненных землях болезнетворные микробы встречаются редко. Однако они часто попадают в почву с фекалиями, сточной жидкостью, навозом, хозяйственными отбросами, при использовании которых должны соблюдаться определенные санитарно-гигиенические правила. При их невыполнении могут возникнуть опасные инфекционные заболевания человека или животных — дизентерия, бруцеллез и др. Способы распространения болезней при загрязнении почв различны: употребление сырых овощей, пылевая инфекция, непосредственный контакт с почвой, разнос инфекции мухами.
Поскольку загрязненные почвы на определенное время могут представлять эпидемиологическую опасность, важно знать сроки самоочищения их от болезнетворных микроорганизмов. Самоочищение почвы от возбудителей бруцеллеза, чумы, туляремии происходит довольно быстро— за 1—2,5 месяца. Возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма, некоторые фитопатогенные микроорганизмы сохраняются достаточно длительное время. Особенно устойчив возбудитель сибирской язвы, который в гумусовых горизонтах почв скотомогильников может сохраняться в течение нескольких десятков лет.
Одним из важных факторов, определяющих размеры зоны загрязнения, является механический состав почвы. В легких почвах эта зона обычно значительно больше, чем в суглинистых. Поэтому безопасное расстояние от источника загрязнения для колодцев на песчаных почвах равнинных районов может составлять несколько сот метров. Сходные различия обнаруживаются и по вертикали. Глубина проникновения патогенных микроорганизмов в песчаных почвах в несколько раз больше, чем в суглинистых и достигает 4 м и более.
Характеризуя противоэпидемиологические свойства почвы в целом, можно сказать, что она оказывается надежным барьером против широкого распространения инфекций и бактериального загрязнения грунтовых вод и грунтов. Однако в некоторых случаях (наличие хорошо фильтрующих пород, близкое залегание подземных вод, сильное антропогенное нарушение почвенного покрова) загрязнение распространяется на значительные расстояния.
Еще один аспект санитарной функции почв связан с разрушением почвенными микробами токсичных продуктов обмена в прикорневой зоне, что является важным условием нормального существования живых организмов. В опытах, в которых производилась стерилизация почвы, растения испытывали угнетение даже при полном обеспечении их элементами питания.
В деле регулирования жизни биогеоценозов почва выполняет также функцию буферного и защитного экрана. Проявлением ее является, например, способность почвы сглаживать резкие колебания водообеспеченности биогеоценозов. Это достигается прежде всего благодаря впитыванию и фильтрации почвой выпадающих атмосферных осадков, что позволяет избегать застаивания воды во время снеготаяния и ливневых дождей и предотвращать с помощью созданных почвенных запасов влаги чрезмерную летнюю сухость приземных слоев воздуха и гибель растений во время засух.
Указанная функция почв осуществляет также защиту биогеоценозов от разрушающего действия ветра, силы тяжести, потоков воды, что возможно благодаря противоэрозионной стойкости почв, способности ее удерживать в вертикальном положении растения. Эта же функция участвует и в восстановлении нарушенных биоценозов за счет имеющегося в почве запаса семян и способности дифференцированного почвенного покрова ускорять восстановление первоначальной неоднородности фитоценозов.
Наиболее интегральной функцией является почвенное плодородие, которое определяется взаимодействием всех свойств почвы и охарактеризованных выше функций. Долгое время почвенное плодородие трактовалось упрощенно и связывалось с ограниченным числом почвенных свойств. Современные достижения науки свидетельствуют о необходимости предельно комплексного динамического подхода к вопросам повышения и регулирования плодородия почвы. Недоучет какого-либо фактора или функции может приводить к напрасной затрате удобрений, рабочего времени и техники. Показательны в этом отношении примеры низких урожаев в случае заражения почвы паразитами растений и резкого увеличения урожайности полей в случае уничтожения паразитов при одновременном снижении доз вносимых удобрений.
Кроме охарактеризованных, в последнее время выделены также новые биогеоценотические функции почвы.
- ← Роль почвы в развитии и сохранении биосферы
- Учет общепланетарного значения почвы →
Источник: collectedpapers.com.ua
Почва – это верхний рыхлый и плодородный слой поверхности Земли, покрытый растительностью. В состав почвы входят песок, глина, перегной, минеральные соли, вода, воздух.
Первоначально наша Земля была покрыта голыми, безжизненными скалами. Постепенно, на протяжении миллионов лет, солнце, воздух и вода разрушали скалы. Оставшиеся обломки скал были малопригодны для жизни растений и животных. Только лишайники могли выжить в таких условиях. После того, как растения обжили эти территории, на них поселились животные. Остатки растений и животных в результате деятельности бактерий превращаются в перегной (гусмус). Из перегноя образуются соли. Соли – это питательные вещества, необходимые растениям для жизни, вместе с остальными компонентами они образуют плодородный слой земли.
Итак, мы видим, что почва не могла появиться без живых существ. В то же время и растениям и животным необходима почва.
Образование в почве перегноя и соли
Чем богаче почва перегноем и минеральными веществами, тем она плодороднее. На плодородной почве лучше растут любые растения. Самые плодородные и богатые перегнои почвы – чернозёмы. Они создают хорошие условия для роста растений.
Типы почв выделяются на основе их плодородия, строения, механического состава и т. п. На обширных равнинах России последовательно сменяют друг друга следующие зональные типы почв: тундровые, глеевые, подзолистые и дерново-подзолистые, серые и бурые лесные, черноземы, каштановые, бурые почвы полупустынь, серо-бурые и сероземы. Почвы республики Татарстан отличаются большим разнообразием. Почти треть территории Татарстана (32%) занята черноземными почвами — в районах Предволжья, на западе и востоке Закамья. Серые и темно-серые лесные и слабоподзолистые почвы, занимающие почти 38% площади РТ, широко распространены в Предкамье, северных районах Предволжья, на северо-востоке и в центре Закамья. В северных районах Татарстана, а также по левобережью Волги и правобережью Камы преобладают дерново-подзолистые почвы. На их долю приходится около 17% территории республики. В долинах рек встречаются аллювиальные (наносные) почвы
Разнообразие почв нашей республики отражено на почвенной карте Татарстана.
Основу населения наших лесов, лугов, полей слагают почвенные животные. Почва, на первый взгляд такая безжизненная и неприглядная, оказывается при пристальном рассмотрении буквально напичканной жизнью. Если приглядеться внимательно, откроются картины необыкновенные.
Одних обитателей почвы увидеть несложно. Это – грибы, дождевые черви, многоножки, личинки насекомых, мелкие клещи, бескрылые насекомые. Других можно рассмотреть с помощью микроскопа. В тончайших пленках воды, которые обволакивают почвенные частицы, снуют коловратки, жгутиконосцы, ползают амебы, извиваются круглые черви. Сколько здесь настоящих тружеников, неразличимых невооруженным глазом, но проделывающих, тем не менее, титаническую работу! Все эти незаметные существа поддерживают в чистоте наш общий дом – Землю. Более того, они еще предупреждают об опасности, которая грозит этому дому, когда люди неразумно ведут себя по отношению к природе.
Весь этот мир, живущий по своим законам, обеспечивает переработку мертвых растительных остатков, очистку от них почв, поддержание водопрочной структуры. Почвенные животные постоянно перепахивают почву, перемещая наверх частицы из нижних слоев.
Экосистемы состоят из живых организмов и среды обитания, которая дает им ресурсы – энергию, воду, питательные вещества. Однако есть в экосистеме один фактор, который нельзя отнести ни к собственно живым ее компонентам, ни к мертвым условиям среды. Это почва. Толщина почвы в разных районах Земли составляет от нескольких сантиметров до двух метров.
Главное вещество почвы – перегной (гумус). Из него под действием микробов образуются соли. Их используют растения. Растениями питаются животные. Когда растения и животные умирают, их остатки попадают в почву и под действием микробов превращаются в перегной. А потом из перегноя снова образуются соли. Их используют новые растения. А растениями питаются новые животные. Таким образом вещества «путешествуют» в природе по кругу. Из почвы – в растения, из растений – в тела животных, и с остатками растений и животных – снова в почву. Так происходит круговорот веществ в природе. Если почвы вдруг не станет, круговорот веществ прервется. Исчезнут растения и животные. А значит, не смогут жить на Земле и люди.
Один сантиметр почвы образуется в природе за 250-300 лет, двадцать сантиметров – за 5-6 тыс. лет. а вот разрушаться она может очень быстро.
Таблица 1
Воздействие растений, ветра, воды и человека на плодородие почвы
Объект природы или явление природыОтрицательное воздействие на почву Положительное воздействие на почву
Растения Забирают питательные вещества из почвы Укрепляет почву, обогащает её перегноем
Вода Смывает плодородный слой Нужна для питания растений
Ветер Сносит плодородный слой Переносит семена растений
Человек Снижает плодородие, загрязняет, разрушает, уничтожает Восстанавливает и охраняет почву почву
Экологическая ситуация в стране продолжает оставаться тревожной. Отрасли добывающей промышленности создают специфические промышленные ландшафты с карьерами, шахтами, отвалами пустой породы. В результате открытой добычи руд и угля из сельскохозяйственного оборота изымаются десятки тысяч гектаров плодородных земель.
При добыче и перевозке нефти почвы и воды сильно загрязняются в результате аварий и т. д.
Сильнейшее загрязнение возникает вследствие развития энергетики. Тепловая энергетика загрязняет воздух соединениями серы, отвалы шпаков выводят из оборота пахотные земли, загрязняют поверхностные и подземные воды.
Гидроэнергетика вызывает заболачивание и затопление земель в связи со строительством водохранилищ.
Атомная энергетика может выступать источником радиоактивного загрязнения воды, воздуха, почв, животных и растений. Это может пагубно сказываться на жизни целых областей, как, например, в случае с аварией на Чернобыльской АЭС.
В результате жилищного, транспортного и промышленного строительства из оборота выводятся земельные угодья, нарушается экологическое равновесие в природе.
Наибольший вред пахотным землям наносит водная и ветровая эрозии.
Овраги разрушают дороги, разрезают поля на мелкие участки, неудобными для обработки машинами, иссушают землю. В результате эрозии почва теряет азот, фосфор, калий и другие питательные вещества. Ухудшаются физические свойства почвы. Талая и дождевая вода верхний плодородный слой. Урожаи на таких почвах сильно снижаются.
Поэтому полеводство должно перейти к почвозащитным методам ведения хозяйства, включающим правильную распашку почвы на склонах, глубокое рыхление, разумное внесение удобрений, создание защитных лесных полос, проводить снегозадержание зимой и т. д.
Для борьбы с ростом оврагов вдоль самих оврагов и по их склонам создаются кустарниковые и лесные полосы, по отвершкам строятся различные защитные сооружения, выше вершины полей строят земляные валы, задерживающие талые воды. По дну оврага сажают быстрорастущие кустарники и деревья (тополь, иву), делают запруды, плотины, создают пруды.
Основными путями решения экологических проблем могут быть:
• строительство надежных и современных очистных сооружений,
• внедрение безотходных технологий,
• комплексное использование ресурсов,
• правильное (с учетом природных и социально-экономических факторов) размещение предприятий,
• при строительстве дороги (завода, жилого дома), добыче полезных ископаемых в карьерах необходимо снимать слой почвы, который можно потом использовать для озеленения территории.
Что дает почва человеку
Без почвы жизнь растений и человека на Земле невозможна. Необходимо беречь почву от разрушений и истощения, способствовать повышению её плодородия.
Источник: www.hintfox.com
