В начало

Почвенная среда обитания (Лекция)

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Общая характеристика почвы

2. Органическое вещество почвы

3. Влажность и аэрация

4. Экологические группы почвенных организмов

 

1. Общая характеристика почвы

Почва - важнейший компонент любой экологической системы суши, на базе которого происходит развитие растительных сообществ, в свою очередь составляющих основу пищевых цепей всех остальных организмов, образующих экологические системы Земли, ее биосферу. Люди не составляют здесь исключения: благополучие любого человеческого общества определяется наличием и состоянием земельных ресурсов, плодородием почв.

Между тем, за историческое время на нашей планете было утрачено до 20 млн. км2 земель сельскохозяйственного назначения. На каждого жителя Земли нынче приходится в среднем всего 0,35-0,37 га, тогда как в 70-х годах эта величина составляла 0,45-0,50 га. Если современная ситуация не изменится, то через столетие, при таких темпах потерь, общая площадь угодий, пригодных для земледелия сократится с 3,2 до 1 млрд. га.

В.В. Докучаевым было выявлено 5 главных почвообразующих факторов:

1.      климат;

2.      материнская порода (геологическая основа);

3.      топография (рельеф);

4.      живые организмы;

5.      время.

В настоящее время еще одним фактором почвообразования можно назвать деятельности человека.

Почвообразование начинается с первичной сукцессии, проявляющейся в физическом и химическом выветривании, ведущем к разрыхлению с поверхности материнских горных пород, таких как базальты, гнейсы, граниты, известняки, песчаники, сланцы. Этот слой выветривания постепенно заселяется микроорганизмами и лишайниками, которые преобразуют субстрат и обогащают его органическими веществами. В результате деятельности лишайников в первичной почве накапливаются важнейшие элементы питания растений, такие как фосфор, кальций, калий и другие. На этой первичной почве теперь могут поселиться растения и сформировать растительные сообщества, определяющие лицо биогеоценоза.

Постепенно в процесс почвообразования вовлекаются более глубокие слои земли. Поэтому большинство почв имеет более или менее выраженный слоистый профиль, разделяемый на почвенные горизонты. В почве поселяется комплекс почвенных организмов - эдафон: бактерии, грибы, насекомые, черви и роющие животные. Эдафон и растения участвуют в образовании почвенного детрита, который через свой организм пропускают детритофаги - черви и личинки насекомых.

Например, дождевые черви на гектаре земли за год перерабатывают около 50 т почвы.

При разложении растительного детрита образуются гуминовые вещества - слабые органические гуминовые и фульвокислоты - основа почвенного гумуса. Его содержание обеспечивает структурность почвы и доступность растениям минеральных элементов питания. Мощность богатого гумусом слоя определяет плодородие почвы.

В состав почвы входят 4 важных структурных компонента:

1.      минеральная основа (50-60 % общего состава почвы);

2.      органическое вещество (до 10 %);

3.      воздух (15-20 %);

4.      вода (25-35 %).

Минеральная основа – неорганический компонент, образовавшийся из материнской породы в результате ее выветривания. Минеральные фрагменты различны по размерам (от валунов до песчинок и мельчайших частиц глины). Это скелетный материал почвы. Его разделяют на коллоидные частицы (меньше 1 мкм), мелкий грунт (меньше 2 мм) и крупные фрагменты. Механические и химические свойства почвы определяются мелкими частицами.

Структура почвы определяется относительным содержанием в ней песка и глины. Наиболее благоприятна для роста растений почва, содержащая песок и глину в равном количестве.

В почве, как правило, выделяют 3 основных горизонта, различающихся по механическим и химическим свойствам:

1.      Верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт (А), в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз.

2.      Горизонт вымывания или иллювиальный (В), где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества.

3.      Материнскую породу или горизонт (С), материал, который преобразуется в почву.

В пределах каждого слоя выделяют более дробные горизонты, различающиеся по своим свойствам.

Основными свойствами почвы как экологической среды являются ее физическая структура, механический и химический состав, кислотность, окислительно-восстановительные условия, содержание органических веществ, аэрация, влагоемкость и увлажненность. Различные сочетания этих свойств образуют множество разновидностей почв. На Земле по распространенности ведущее положение занимают пять типологических групп почв:

1.      почвы влажных тропиков и субтропиков, преимущественно красноземы и желтоземы, характеризующиеся богатством минерального состава и большой подвижностью органики;

2.      плодородные почвы саванн и степей - черноземы, каштановые и коричневые почвы с мощным гумусовым слоем;

3.      скудные и крайне неустойчивые почвы пустынь и полупустынь, относящиеся к различным климатическим зонам;

4.      относительно бедные почвы лесов умеренного пояса - подзолистые, дерново-подзолистые, бурые и серые лесные почвы;

5.      мерзлотные почвы, обычно маломощные, подзолистые, болотные, глеевые, обедненные минеральными солями со слабо развитым гумусовым слоем.

По берегам рек встречаются пойменные почвы;

Отдельной группой стоят засоленные почвы: солончаки, солонцы и т.д. на которые приходится 25 % почв.

Солончакипочвы постоянно сильно увлажненные солеными водами вплоть до поверхности, например, вокруг горько-соленых озер. Летом поверхность солончаков высыхает, покрываясь коркой соли.

Рис. Солончак

 

Солонцы – с поверхность не засолены, верхний слой выщелоченный, бесструктурный. Нижние горизонты уплотнены, насыщены ионами натрия, при высыхании растрескиваются на столбы, глыбы. Водный режим нестабильный – весной – застаивание влаги, летом – сильное пересыхание.

 

2. Органическое вещество почвы

Каждому типу почв соответствует определенный растительный, животный мир и совокупность бактерий – эдафон. Отмирающие или отмершие организмы накапливаются на поверхности и внутри почвы, образуя органическое вещество почвы, называемое гумусом. Процесс гумификации начинается с разрушения и измельчения органической массы позвоночными животными, а затем преобразуется грибами и бактериями. К таким животным относятся фитофаги, питающиеся тканями живых растений, сапрофаги, потребляющие мертвые вещества растений, некрофаги, питающиеся трупами животных, копрофаги, уничтожающие экскременты животных. Все они составляют сложную систему, получившую название сапрофильного комплекса животных.

Гумус различается по виду, форме и характеру составляющих его элементов, которые подразделяются на гуминовые и негуминовые вещества. Негуминовые вещества образуются из соединений, входящих в ткани растений и животных, например, белков и углеводов. При разложении данных веществ выделяется углекислый газ, вода, аммиак. Энергия, образующаяся при этом используется почвенными организмами. При этом происходит полная минерализация элементов питания. Гуминовые вещества в результате жизнедеятельности микроорганизмов перерабатываются в новые, обычно высокомолекулярные соединения – гуминовые кислоты или фульвокислоты.

Гумус подразделяется на питательный, который легко перерабатывается и служит источником питания микроорганизмов и устойчивый, который выполняет физические и химические функции, контролируя баланс питательного вещества, количество воды и воздуха в почве. Гумус плотно склеивает минеральные частицы почвы, улучшая ее структуру. Структура почв также зависит от количества соединений кальция. Выделяют следующие структуры почвы:

1.      мучнистую,

2.      пороховатую,

3.      зернистую,

4.      ореховатую,

5.      комковатую,

6.      глинистую.

Темный цвет гумуса способствует лучшему прогреванию почвы, а его высокая влагоемкость – удержанию воды почвой.

Главное свойство почвы – ее плодородие, т.е. способность обеспечивать растения водой, минеральными солями, воздухом. Мощность гумусового слоя определяет плодородие почвы.

 

3. Влажность и аэрация

Вода почвы подразделяется на:

1.      гравитационную,

2.      гигроскопическую,

3.      капиллярную,

4.      парообразную

Гравитационная вода – подвижная, является основной разновидностью подвижной воды, заполняет широкие промежутки между частицами почвы, просачивается вниз под действием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод. Растения легко усваивают ее.

Гигроскопическая вода в почве удерживается за счет водородных связей вокруг отдельных коллоидных частиц в виде тонкой, прочной связанной пленки. Высвобождается только при температуре 105 – 110оС и практически недоступна для растений. Количество гигроскопической воды зависит от содержания в почве коллоидных частиц. В глинистых почвах ее до 15 %, в песчаных – 5 %.

По мере накопления количества гигроскопической воды она переходит в капиллярную, удерживающуюся в почве силами поверхностного натяжения. Капиллярная вода легко поднимается к поверхности по порам от грунтовых вод, легко испаряется, свободно поглощается растениями.

Парообразная влага занимает все свободные от воды поры.

Существует постоянный обмен почвенных, грунтовых и поверхностных вод, меняющий свою интенсивность и направленность в зависимости от климата, сезонов.

Все поры, свободные от влаги заполнены воздухом. На легких (песчаных) почвах аэрация лучше, чем на тяжелых (глинистых). Воздушный режим и режим влажности связан с количеством атмосферных осадков.

 

4. Экологические группы почвенных организмов

В среднем почва содержит 2-3 кг/м2 живых растений и животных, или 20-30 т/га. При этом в умеренном поясе корни растений составляют 15 т/га, насекомые 1т, дождевые черви – 500кг, нематоды – 50кг, ракообразные – 40кг, улитки, слизни – 20кг, змеи, грызуны – 20гк, бактерии – 3т, грибы – 3т, актиномицеты – 1,5т, простейшие – 100кг, водоросли – 100кг.

Неоднородность почвы приводит к тому, что для разных организмов она выступает как разная среда. По степени связи с почвой как средой обитания животных объединяют в 3 группы:

1.      Геобионтыживотные, постоянно обитающие в почве (дождевые черви, первично-бескрылые насекомые).

2.      Геофиллыживотные, часть цикла которых обязательно проходит в почве (большинство насекомых: саранчовые, ряд жуков, комары-долгоножки).

3.      Геоксеныживотные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища (таракановые, многие полужесткокрылые, жесткокрылые, грызуны и др. млекопитающие).

В зависимости от размеров почвенных обитателей можно разделить на следующие группы.

1.  Микробиотип, микробиотапочвенные микроорганизмы, основное звено детритной цепи, промежуточное звено между растительными остатками и почвенными животными. Это зеленые, сине-зеленые водоросли, бактерии, грибы, простейшие. Почва для них – система микроводоемов. Они живут в почвенных порах. Способны переносить промерзание почвы.

2.  Мезобиотип, мезобиота сравнительно мелкие, легко извлекающиеся из почвы, подвижные животные (нематоды, мелкие личинки насекомых, клещи, ногохвостки). Питаются в основном детритом и бактериями. Часто хищники и паразиты. Для них почва – система пещер. Дышат насыщенным влагой почвенным воздухом, но чувствительны к пересыханию. При переувлажнении переживают период в пузырьках воздуха. Способны переносить промерзание почвы.

3.  Макробиотип, макробиотакрупные почвенные животные, размером до 20мм (личинки насекомых, многоножки, дождевые черви и т.д.). почва для них – плотная среда, оказывающая сильное механическое сопротивление при движении. Они передвигаются в почве расширяя естественные скважины путем раздвижения почвенных частиц либо роя новые ходы. В связи с этим у них выработались приспособления к рытью. Часто имеются специализированные органы дыхания. Также дышат через покровы тела. На зиму и в засушливый период перемещаются в глубокие почвенные слои.

4.  Мегабиотип, мегабиота крупные землерои, главным образом из числа млекопитающих. Многие из них проводят в почве всю жизнь (златокроты, слепушонки, цокоры, кроты Евразии, сумчатые кроты Австралии, слепыши и др.). Прокладывают в почве систему нор, ходов. У них недоразвиты глаза, компактное, вальковатое тело с короткой шеей, короткий густой мех, сильные компактные конечности, роющие конечности, крепкие когти.

5.  Обитатели нор – барсуки, сурки, суслики, тушканчики и др. Кормятся на поверхности, размножаются, зимуют, отдыхают, спят, спасаются от опасности в почвенных норах. Строение характерно для наземных, однако имеют приспособления норных –крепкие когти, сильная мускулатура на передних конечностях, узкая голова, небольшие ушные раковины.

6.  Псаммофилы – жители сыпучих песков. Имеют своеобразные конечности, нередко в форме «лыж», покрытых длинными волосками, роговыми выростами (тонкопалый суслик, гребнепалый тушканчик).

7.  Галлофилы – жители засоленных почв. Имеют приспособления к защите от избытка солей: плотные покровы, приспособления для удаления солей из организма (личинки пустынных жуков-чернотелок).

8.  Растения подразделяются на группы в зависимости от требовательности к плодородию почвы.

9.  Эутотрофные или эвтрофные – растут на плодородных почвах.

10.      Мезотрофныеменее требовательные к плодородию почвы.

11.      Олиготрофныедовольствующиеся небольшим количеством питательных веществ.

12.      В зависимости от требовательности растений к отдельным микроэлементам почвы выделяют следующие группы.

13.      Нитрофилы – требовательны к наличию в почве азота, поселяются там, где есть дополнительные источники азота – растения вырубок (малина, хмель, вьюнок), мусорные (крапива щирица, зонтичные), растения пастбищ.

14.      Кальциефилы требовательны к наличию в почве кальция, поселяются на карбонатных почвах (венерин башмачок, лиственница сибирская, бук, ясень).

15.      Кальциефобы – растения, избегающие почв с большим содержанием кальция (сфагнумовые мхи, болотные, вересковые, береза бородавчатая, каштан).

16.      В зависимости от требований к РН почвы все растения подразделяются на 3 группы.

17.      Ацидофилы – растения, предпочитающие кислые почвы (вереск, белоус, щавель, щавелек малый).

18.      Базифиллы – растения, предпочитающие щелочные почвы (мать-и-мачеха, горчица полевая).

19.      Нейтрофилы – растения, предпочитающие нейтральные почвы (лисохвост луговой, овсяница луговая).

Растения, произрастающие на засоленных почвах называются галофиты(солерос европейский, сарсазан шишковатый), а растения не выдерживающие избыточного засоления – гликофиты. Галофиты имеют высокое осмотическое давление, позволяющее использовать почвенные растворы, способны выделять избыток солей через листья или накапливать их в своем организме.

Растения, адаптированные к сыпучим пескам называются псаммофиты. Они способны образовывать придаточные корни при засыпании их песком, на корнях образуются придаточные почки при их обнажении, часто имеют высокую скорость роста побегов, летучие семена, прочные покровы, имеют воздушные камеры, парашюты, пропеллеры – приспособления к незасыпанию песком. Иногда целое растение способно оторваться от грунта, высохнуть и вместе с семенами перенестись ветром в другое место. Всходы быстро прорастают, споря с барханом. Имеются приспособления к перенесению засухи – чехлы на корнях, опробковение корней, сильное развитие боковых корней, безлистные побеги, ксероморфную листву.

Растения, произрастающие на торфяных болотах, называются оксилофитами. Они приспособлены к высокой кислотности почвы, сильному увлажнению, анаэробным условиям (багульник, росянка, клюква).

Растения, обитающие на камнях, скалах, каменистых осыпях относятся к литофитам. Как правило, это первые поселенцы на скальных поверхностях: автотрофные водоросли, накипные лишайники, листовые лишайники, мхи, литофиты из высших растений. Их называют растениями щелей – хасмофитами. Например, камнеломка, можжевельник, сосна.

 


Xbox Live - Карта Оплаты 2500 рублей
Xbox Live - Карта Оплаты 2500 рублей


PSN 2500 рублей PlayStation Network
PSN 2500 рублей PlayStation Network


Playstation Network 4000 рублей
Playstation Network 4000 рублей