Почва как среда жизни
План:
Общая характеристика
Основные типы почв
Влажность и аэрация
Экологические группы почвенных организмов
Отношение растений к почве
Роль эдафических факторов в распределении растений.
Общая характеристика.
Почва — основа природы суши.
Как произошла почва? На этот вопрос впервые ответил великий русский ученый-энциклопедист М. В. Ломоносов в 1763 г. в своем знаменитом трактате «О слоях земли». Почва, писал он, не первозданная материя, а произошла она «от согнития животных и растительных тел... долготою времени».
В. В. Докучаев (1846—1903) в классических работах о почвах России впервые стал рассматривать почву как динамическую среду. Он доказал, что почва не мертвый организм, а живой, населенный многочисленными организмами, она сложна по своему составу.
Им было выявлено пять главных почвообразующих факторов, к которым относятся
Климат,
Материнская порода (геологическая основа),
Топография (рельеф),
Живые организмы и
Время.
Н. А. Качинский 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, а на окультуренных территориях и деятельностью человека, способные давать урожай. Та минеральная порода, на которой почва образовалась и которая как бы родила почву, называется материнской породой».
Почва обладает: плодородием, органо-минеральным составом и профильным типом строения.
Почва возникла и развивается в результате совокупного воздействия на горные породы воды, воздуха, солнечной энергии, растительных и животных организмов. Свойства почвы создают определенный экологический режим, основными показателями которого служат гидротермические факторы и аэрация.
В состав почвы входят четыре важных структурных компонента: 1. минеральная основа (обычно 50 — 60% общего состава почвы), 2.органическое вещество (до 10%), 3.воздух (15 —25%), 4. вода (25—35%).
Минеральная основа (минеральный скелет) почвы — это неорганический компонент, образовавшийся из материнской породы в результате ее выветривания. Минеральные фрагменты - это валуны и камни, песчаные крупинки и мельчайшие частицы глины. Скелетный материал обычно произвольно разделяют на мелкий грунт (частицы менее 2 мм) и более крупные фрагменты. Частицы меньше 1 мкм в диаметре называют коллоидными. Механические и химические свойства почвы в основном определяются теми веществами, которые относятся к мелкому грунту.
Структура почвы определяется относительным содержанием в ней песка и глины. На рис. 5.37 изображен стандартный «треугольник почвенной структуры» и указаны границы одиннадцати структурных классов.
Рис. 5.37. Треугольная диаграмма классов почв (по Б. Небелу 1993).
Идеальная почва должна содержать приблизительно равные количества глины и песка с частицами промежуточных размеров. В этом случае образуется пористая, крупитчатая структура, и почва называется суглинками. Они обладают достоинствами двух крайних типов почв и не имеют их недостатков. Средне- и мелкоструктурные почвы (глины, суглинки, алевриты) обычно более пригодны для роста растений благодаря содержанию в достаточном количестве питательных веществ и способности удерживать воду.
В почве, как правило, выделяют три основных горизонта, различающиеся по морфологическим 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 которой преобразуется в почву. В пределах каждого горизонта выделяют более дробные слои, также сильно различающиеся по свойствам (рис. 5.38).
Рис. 5.38. Обобщенная схема почвенного профиля
Основные типы почв.
К основным типам почв на территории России относятся черноземы, подзолистые, дерновоподзолистые, подзолисто-болотные, болотные, серые лесостепные, пойменные, солончаки, солонцы, солоди и др.
Химизм почв частично определяется минеральным скелетом, частично органическим веществом. Большая часть минеральных компонентов представлена в почве кристаллическими структурами. Это устойчивые продукты выветривания материнской породы. Песок и алеврит состоят главным образом из кварца (SiO2), называемого также кремнеземом. Кремнезем служит источником силикат-ионов (SiO44-), которые обычно соединяются с катионами, особенно с катионами алюминия (Al3+) и железа (Fe3+, Fe2+), и образуют электронейтральные кристаллы. Силикаты являются преобладающими почвенными минералами.
Большую роль в удержании воды и питательных веществ играет особенно многочисленная и важная группа илистых минералов в виде мельчайших плоских кристаллов, часто шестиугольной формы, образующих в воде коллоидную суспензию. В связи с очень малыми размерами частиц почвенные коллоиды имеют огромную суммарную поверхность — на 1 см3 почвы около 6 тыс. м2, или более половины гектара. Этим объясняется их большая способность к физической адсорбции — поглощению и удержанию воды. Часть почвы (коллоиды и тончайшие частицы ила) получила название почвенного поглощающего комплекса.
Химизм почвенного раствора является для почвенных организмов экологическим фактором первостепенной важности.
Так, на рост растений оказывает значительное влияние реакция почвенного раствора (рН), связанная с содержанием в почве кислот (угольная кислота, фульвокислоты в глеево-подзолистых почвах) или щелочей (сода в солонцах).
Обилие ионов водорода или алюминия вызывает кислую реакцию, ионов натрия — щелочную. Высокой кислотностью отличаются подзолистые и болотные почвы, щелочностью — солонцы. Черноземы имеют реакцию, близкую к нейтральной.
Для почвенного питания растений исключительно важен солевой режим почвы, для жизнедеятельности растений (наличие азота, калия, фосфора, кальция, серы, железа и др.). Такие вещества, как железо, алюминий, обычно содержатся в почве в достаточных количествах для питания растений, другие — азот, фосфор, калий — потребляются растениями в небольших дозах, часто оказываются в недостатке.
Для нормального течения многих физиологических процессов растения существенное значение имеют микроэлементы — медь, бор, марганец, цинк и др. 25% всех почв нашей планеты в той или иной мере засолено. Избыток солей в почвенном растворе токсичен для большинства растений. Наиболее вредны легкорастворимые соли, без труда проникающие в цитоплазму: NaCl, MgCl2, CaCl2. Менее токсичны труднорастворимые соли: CaSO4, MgSO4, CaCO3.
Среди разных типов засоленных почв основные — солончаки и солонцы, имеющие неодинаковый солевой и водный режимы. Солончаки — это почвы, постоянно и сильно увлажненные солеными водами вплоть до поверхности, например, вокруг горько-соленых озер. Концентрация солей в почвенном растворе достигает нескольких десятков процентов. Ионы натрия находятся не только в растворе, но и насыщают коллоиды почвенного поглощающего комплекса. Летом с поверхности солончаки высыхают, покрываясь корочкой солей. Солонцы с поверхности не засолены, верхний слой выщелоченный, бесструктурный. Нижние горизонты уплотнены и насыщены ионами натрия, при высыхании растрескиваются на столбы, глыбы и т. д. Водный режим характеризуется резкими изменениями: весной из-за водонепроницаемости часто наблюдается поверхностное застаивание влаги, летом — сильное пересыхание. Есть ряд промежуточных типов почв: солончаковатые солонцы, солонцеватые, солончаковатые и т. д.
Органическое вещество почвы.
Животные и растения, обитающие на почве и в почве, постоянно воздействуют на субстрат, забирая у него питательные вещества. Поэтому каждый раз нарушается только что установившееся химическое равновесие в почве, происходит дальнейшее углубление процессов разложения и выветривания.
Отмершие растения в виде опада листвы и хвои на почву, перерабатывается микроорганизмами и превращается непосредственно или через животные организмы в почвенный гумус. Таким путем она вновь вовлекается в минеральный или пищевой круговорот и может быть в обновленном виде усвоена растениями.
Каждому типу почв соответствует определенный животный мир и определенная растительность. Отмирающие или уже отмершие организмы или их части накапливаются на поверхности и внутри почвы, образуя органическое вещество. Совокупность живущих в почве организмов называют эдафоном (рис. 5.39).
Несмотря на то, что число микроорганизмов в I дм3 почвы измеряется миллионами, в общей массе они составляют только 5% суммарного количества органических соединений. Минеральная субстанция почвы занимает 93%. Органическое вещество почвы, состоящее из отмерших остатков растений и животных, называют гумусом.
Процесс гумусообразования начинается разрушением и измельчением растительной массы и мертвого животного вещества позвоночными животными при обязательном участии грибов и бактерий.
К таким животным относятся: фитофаги, питающиеся тканями живых растений; сапрофагщ потребляющие мертвые вещества растений, некрофаги, питающиеся трупами животных; хищники, поедающие живых животных; копрофаги, уничтожающие экскременты животных. Все они составляют сложную систему, получившую название сапрофильного комплекса животных.
Эдафон
Рис. 5.39. Общий состав верхнего слоя почвы и его эдафона
(по В. Тишлеру, 1955)
Большую роль в разрыхлении почвы, механическом перемещении органического и минерального вещества играют подвижные почвенные животные (дождевые черви, грызуны и др.). В круговороте веществ в почве растения синтезируют органическое вещество.
Животные производят механическое и биохимическое разрушение его и тем самым подготавливают его для гумусообразования.
Микроорганизмы синтезируют почвенный гумус и затем разлагают его.
Гумус различают по виду, форме и характеру составляющих его элементов (табл. 5.4).
Таблица 5.4
