Биологические свойства почвы кратко
Обновлено: 06.07.2024
В почве обитает огромное количество различных микробов (до 2 млрд. на 1 г почвы), червей, личинок, насекомых и других живых организмов. На 1 гектар пашни приходиться от 2 до 7 т микробной массы, что во многом определяется типом почвы, её культурным состоянием и погодой.
Микроорганизмов больше в почвах унавоженных, чернозёмных, повергающехся хорошей агротехнической обработке, чем в почвах неудобрённых, особенно песчаных, супесчаных, суглинистых, глинистых и подзолистых. В почвах, сильно увлажнённых или, наоборот, в чрезмерно сухих микроорганизмов меньше.
Самый высокий уровень жизни в почве отмечается на глубине от 1 до 15 см. С увеличением глубины количество микробов резко снижается. Например, на глубине 20-30 см их обычно в 10-20 раз меньше чем на глубине 1-2 см. На глубине 6-7 м при ненарушенной структуре поверхностного слоя грунта в большинстве случаев микроорганизмы не обнаруживаются. Это связано с тем, что поверхностные слои почвы содержат больше органических веществ - питательной среды для бактерий и кислорода, имеющего особое значение для жизнедеятельности аэробных форм бактерий. Кроме того, много микробов задерживается в поверхностных слоях в процессе фильтрации. Однако самый поверхностный слой содержит мало микроорганизмов, что объясняется воздействием солнечных лучей.
Большинство почвенных микроорганизмов являются безвредными сапрофитами. Однако почва, заражённая патогенными возбудителями, может длительный срок служить источником болезней животных и человека. Патогенные микроорганизмы и зародыши гельминтов попадают в почву со сточными водами животноводческих, коммунальных и других объектов, связанных с утилизацией биологических отходов, а также с трупами животных, погибших от заразных болезней. Важным фактором в выносе возбудителей болезней из глубины почвы наружу имеет вымывание их грунтовыми водами, раскопки и т.д.
Санитарное значение почвы определяется длительностью сохранения вирулентности патогенных микроорганизмов. Некоторые из них сохраняются в почве десятилетиями (возбудители сибирской язвы, эмфизематозного карбункула, столбняка, ботулизма и др.), другие – в течение нескольких месяцев. Например: пастереллы – до 1 месяца, холерные вибрионы – до 4, микобактерии туберкулеза – до 7, сальмонеллы - до 12 месяцев.
Помимо болезнетворных микробов, в почве часто обнаруживаются возбудители инвазионных заболеваний: яйца аскарид, зародыши возбудителей диктиокаулёза, мониезиоза, и др., а также промежуточные хозяева возбудителей фасциолёза (моллюск), метастронгилидоза (дождевые черви) и др. В почве развиваются вредные для животных насекомые (гнус, слепни, оводы). Она является средой обитания грызунов – переносчиков многих опасных болезней животных и человека. Из почвы возбудители заразных заболеваний могут попадать в организм животных с кормом, водой, посредством раневой и другой инфекции. Биоценоз почвы играет ведущую роль в процессах её самоочищения от разнообразных органических загрязнений
Самоочищение почвы
Почва обладает свойством самоочищения, что имеет важное санитарное значение. Попавшие в почву органические загрязнения, включающие бактерии и яйца гельминтов, частично задерживаются при фильтрации и адсорбируются ею, после чего подвергаются распаду вплоть до образования неорганических веществ. Этот процесс называется минерализация. Благодаря нему недоступные или малодоступные для корневой системы растений органические вещества переходят в усвояемую форму.
Одновременно с минерализацией в почве идёт процесс синтеза нового сложного органического вещества – гумуса (перегноя) - гумификация. Перегной не содержит патогенных микроорганизмов и влияет на плодородие почвы.
Следовательно, с одной стороны процессы минерализации и гумификации обеспечивают плодородие почвы. С другой – перевод почвенных органических соединений в минеральные обуславливает её обеззараживание, очищение почвы от патогенной микрофлоры, имеющей органическую структуру. Оба этих биохимических процесса (минерализация и гумификация) получили название процесса самоочищения почвы.
Микроорганизмы играют исключительно важную роль в процессах самоочищения почвы. Процессы минерализации могут протекать под влиянием бактерий в аэробных и анаэробных условиях. Одни бактерии для своего развития используют органические вещества (белки, жиры, углеводы), другие – минеральные. Бактерии нитрофикаторы окисляют аммиак до нитритов и нитратов. Железобактерии превращают соли закиси железа в гидрат окиси. Серобактерии окисляют соединения серы в сульфаты и сульфиты.
Лучше процессы минерализации проходят в хорошо аэрируемых почвах. В аэробных условиях белки под влиянием ферментов микробов распадаются до аминокислот, которые дезаминируются и при этом образуются соли аммиака и кислоты жирного и ароматического ряда. Последние окисляются до углекислоты и воды, а соли аммиака при участии нитрофицирующих микробов – до азотистой и азотной кислот, которые затем образуют, соединяясь с калием, натрием и другими элементами, усвояемые растениями соли. Мочевина в почве под влиянием уробактерий разрушается с образованием углекислого аммония и других аммиачных соединений.
В анаэробных условиях под влиянием гнилостных микробов, микроорганизмов брожения, распад белковой молекулы происходит с образованием дурно пахнущих веществ: сероводорода, меркаптана, индола и др. Жиры под влиянием микробов разлагаются с образованием глицерина и жирных кислот, которые затем переходят в спирты, усвояемые микробами. Углеводы при воздействии сахаролитических бактерий и микробов брожения разлагаются до углекислоты и воды. В анаэробных условиях при разложении углеводов, кроме того, образуется метан и другие газы брожения.
В гигиеническом отношении протекающий в почве аэробный процесс более благоприятен, чем анаэробный, поскольку разложение органических веществ происходит без образования дурнопахнущих и вредных веществ.
По мере самоочищения почвы от органических загрязнений в ней снижается и общее количество микробов, особенно неспороносных. Этому способствуют конкуренция со стороны сапрофитов, бактерицидное влияние солнечной радиации, действие бактериофагов и антибиотиков. Особенно интенсивное санирование почвы происходит в зоне ризосферы растений: ежи сборной, лисохвоста, донника и крестоцветных (рапса, сурепицы, масленичной редьки) и др., где около корней и особенно из мелких разветвлений почвенные микробы находят для своего развития благоприятную среду.
Таким образом, в результате физических, химических и биологических процессов происходящих в почве органические загрязнения, теряют дурной запах, токсичность и другие свои вредные свойства. Успешное функционирование этой сложной системы зависит от состава и свойств почвы, качественных и количественных характеристик загрязнителей и других факторов. Следует отметить, что способность почвы поглощать и задерживать органические вещества, разлагать их на простые соединения небезгранична. Так, при чрезмерном введении в почву на полях органических веществ со сточными водами процесс их разложения постепенно уменьшается. Почва заболачивается, а органические вещества в ней загнивают. Очень сильное загрязнение может приводить к гибели почвенной микрофлоры и потере способности почвы к самоочищению.
Охрана почвы от разрушения
В ходе почвообразовательных процессов состав и свойства почвы непрерывно, хотя и медленно, изменяются. Большая роль в этом отношении принадлежит человеку, который может воздействовать на них путем механической обработки, севооборотов, внесения удобрений, осушения или обводнения.
В результате эрозии в почвах уменьшается содержание макро- и микроэлементов, от которых зависит не только урожай, но и качество сельскохозяйственной продукции, что имеет гигиеническое значение. Эрозия способствует появлению почвенной засухи. Это объясняется не только тем, что значительная часть осадков стекает со склонов, но и тем, что на нарушенных землях с плохими физическими свойствами увеличивается потеря влаги.
Борьба с эрозией должна проводиться дифференцированно, систематически и комплексно, включая организационные, агротехнические, аэробиологические, агрохимические, лесомелиоративные и гидротехнические мероприятия.
Агротехнические мероприятия по борьбе с эрозией направлены на водозадержание и регулирование поверхностного стока. Запрещается вспашка вдоль склона горы, если он составляет с линией горизонта угол свыше 6-10 0 . На склонах, подверженных водной эрозии, необходимо практиковать полосное земледелие, при котором полосы, отведенные под сельскохозяйственные культуры, чередуются с полосами, засаженными кустарниками, древесными породами, травами. Большую роль в борьбе с эрозией почв играет снегозадержание, регулирующее накопление и таяние снега.
Агробиологические мероприятияпредусматривают посадку растений. Травы скрепляют почву корнями и препятствуют ее размыванию, деревья прикрывают почву от ветра и защищают ее от размыва водой, помогают останавливать рост оврагов.
Агрохимические мероприятия - внесение удобрений. Удобрения улучшают плодородие почвы, а это способствует устойчивости почв против эрозии.
Лесомелеоративные мероприятия. Лесные полосы регулируют водный режим почвы, защищают растущие на полях культуры от ветров. Лесная подстилка уменьшает глубину промерзания почвы и увеличивает водопоглащение. Сплошное лесоразведение требуется на бедных, малопроизводительных песках. На более плодородных песчаных почвах целесообразно практиковать полосное лесоразведение. Для борьбы с оврагами создаются специальные овражно-балочные лесные насаждения.
Гидротехнические мероприятия - предназначены для защиты склонов от смыва и размыва путём создания гидротехнических сооружений (платин, запруд, и др.).
Организационные мероприятиянаправлены на организацию рационального использования территории. Для этого необходимо изучить рельеф почвы, растительность и характер сельскохозяйственных угодий.. Важно правильно разместить различные угодья, лесные насаждения и организовать правильный севооборот.
Деградация и рекультивация почв. Деградация почвы - постоянное ухудшение свойств почвы, которое выражается уменьшением содержания гумуса, разрушением структуры и в итоге снижением её плодородия.
Основными факторами, вызывающими деградацию почв являются: эрозия, токсические загрязнения, кислотные дожди, неправильное использование удобрений, орошение и осушение, открытая разработка полезных ископаемых. К причинам, приводящим к разрушению почв можно отнести нерациональную организацию сельскохозяйственного использования пахотных площадей, чрезмерный выпас скота, длительное использование скотопрогонов, и др.
Рекультивация земель - это комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды. Рекультивация делится на два этапа: горнотехнический и биологический. Горнотехнический - включает подготовку территорий (планировку, формирование откосов, снятие и нанесение почвенного слоя, создание подъездных путей). Биологический этап направлен на восстановление плодородия почв путем посадки древесных пород или выращивания сельскохозяйственных культур, соблюдая определенную последовательность. В начале культивируют малотребовательные культуры с большой растительной массой, а по восстановлении плодородия почвы - остальные.
Оздоровление почвы
Гигиеническое значение мероприятий по оздоровлению почвы заключается в профилактике болезней животных и человека, связанных с составом и свойствами почвы (энзоотических заболеваний, почвенных инфекций, геогельминтозов и др.). Оздоровление почвы осуществляют, проводя агрономические и санитарные мероприятия.
Агрономичекие мероприятиянаправлены на создание благоприятных условий для развития культурных растений, улучшения их химического состава, с целью превращения загрязнённых земель в культурные поля для посевов сельскохозяйственных культур и пастбищ, безопасных для животных. Они включают проведение мелиоративных работ по осушению болот и заболоченных участков, уничтожение кустарников, мероприятий по борьбе с эрозией и деградацией почв.
Биогеохимические энзоотии, связанные с недостатком в почвах отдельных макро- и микроэлементов, профилактируются путём внесения в почву минеральных удобрений, содержащих соответствующие химические элементы.
При оздоровлении почвы, сильно загрязненной органическими отходами, обеспечивают её аэрацию. Что достигается осушением и механической обработкой: глубокой вспашкой, боронованием, дискованием, прорыванием каналов и др. Благодаря доступу кислорода в почве активно проявляет свою жизнедеятельность сапрофитная микрофлора, антагонистически действующая на патогенные бактерии.
Санитарные мероприятия предусматривают организацию очистки почв от жидких и твёрдых органических отходов; оборудование мест хранения и обеззараживания сточных вод и навоза, ветеринарный надзор за убойными площадками, местами утилизации трупов, боенских и других биологических отходов.
Перед обеззараживанием почва орошается водой. С её поверхности тщательно убирается и сжигается травостой и мусор. Способ обеззараживания почвы определяется характером патогенной микрофлоры. Для обеззараживания почвы от не спорообразующих микроорганизмов и вирусов применяют хлорную известь, содержащую 25% активного хлора или 4%-ный раствор формальдегида. После чего почву перекапывают на глубину 25-30 см, перемешивают с сухой известью (5 кг на 1 м 2 площади) и увлажняют водой. Небольшие участки дезинфицируют 10%-ным горячим раствором сернокарболовой смеси или гидроокиси натрия (10 л раствора на 1 м 2 площади почвы). Почву, зараженную спорообразующими возбудителями, подвергают термической обработке. С этой целью на участке сжигают сено, солому или обжигают его пламенем паяльной лампы. Слой почвы на всю глубину проникновения выделений трупа животного снимают и перемешивают с сухой хлорной известью в соотношении 1 : 3 ( 1 часть извести на 3 части почвы). Применяется также смесь окиси этилена и бромистого метила (ОКЭБМ) или бромистого метила в газообразном состоянии под полиамидной пленкой.
Для профилактики заразных заболеваний почвенной этиологии неблагополучные в санитарном отношении земельные участки исключают из пастбищных угодий, заражённые патогенной микрофлорой почвы огораживают и обеззараживают. При обнаружении возбудителей инвазионных заболеваний на территории пастбищ, проводят биологическую дегельминтизацию, путём смены выпасов (организуют загонную пастьбу). Особое внимание уделяют поддержанию надлежащего санитарного состояния скотомогильников и биотермических ям.
Почва весьма богата разнообразными микроорганизмами (бактериями, актиномицетами, плесенями, дрожжами, протозоа и водорослями), которых принято называть геобионтами, а также насекомыми и их личинками, нематодами и другими червями. Почва — основной источник микроорганизмов окружающей среды (воздуха, кормов и воды).
Для сохранения и размножения микроорганизмов в почве должны быть необходимые органические вещества, а также влага и тепло. Поэтому в почвах, сильно унавоженных, черноземных, подвергающихся хорошей агротехнической обработке, значительно больше микроорганизмов, чем в почвах неудобренных, особенно песчаных, супесчаных, суглинистых, глинистых и подзолистых или плохо обрабатываемых. В почвах, насыщенных влагой и плохо аэрируемых или, наоборот, в чрезмерно сухих, количество микроорганизмов резко уменьшается; мало содержат микроорганизмов девственные почвы.
Больше всего микроорганизмов находится на глубине 15—25 см, где в 1 г почвы, в зависимости от ее состава и физических свойств, могут находиться сотни тысяч, миллионы и десятки миллионов микроорганизмов. Самый верхний слой почвы в результате действия на нее солнечных лучей и высыхания содержит меньше микроорганизмов и то лишь преимущественно более устойчивые виды. По мере углубления в почву, особенно начиная со 100—200 см, число микробов резко падает и на глубине 2 -4 м от поверхности встречаются единичные экземпляры, а на глубине 6 м микробы не обнаружены. Причина этого включается в том, что верхние слои почвы всегда богаче питательным материалом для микробов; они благодари своей фильтрующей и поглотительной способности одерживают большинство бактерий.
Количество микроорганизмов в почве в течение года изменяется: зимой их меньше, весной число их сильно увеличивается и достигает максимума к началу лета. Микрофлора почвы весьма разнообразна. В почве находятся различные виды кокков, бактерий, грибы, фильтрующиеся вирусы и бактериофаги. Большинство почвенных микроорганизмов — сапрофиты.
К более или менее постоянным или типичным видам почвенной микрофлоры относятся: сапрофитные кокковые формы (Micrococcus albus, М. eandidans, М. cereus, М. flavus, М. roseus), спороносные аэробы (В. mycoidcs, В. subtilis, В. megaterium, meseilleitoils и др.), термофильные бактерии. Установлено, что в щелочных почвах обитают и основном бактерии, а в кислых (торфяных, болотистых) — плесневые и другие грибы.
Благодаря жизнедеятельности многочисленных видов почвенной микрофлоры в почве постоянно совершаются биохимические процессы, разложение органических веществ и образование новых других, что имеет большое агротехническое и санитарное значение.
Кроме сапрофитов, в почве встречаются патогенные микробы, их споры и зародыши гельминтов. Они попадают в почву главным образом с выделениями больных животных, навозом, трупами, с различными зараженными органическими отбросами и сточными водами. Условия для размножения и сохранения в почве многих видов далеко не благоприятны. Тем не менее, известно, что некоторые патогенные микроорганизмы могут сохранять в почве свои болезнетворные свойства в течение длительного срока, исчисляемого годами, а иногда десятилетиями (Луи Пастер, Б. Фишер и Л. Биттер, П. Д. Байтин, Д. Штраух, 3. А. Ваксман, Я. Р. Коваленко и др.). К ним относятся возбудители таких инфекционных заболеваний, как газовой гангрены и злокачественного отека (В. perfringene, Vibrio opliqne, В, oedematiens, В. histolyticus), столбняка (В. tetani), сибирской язвы (В. anthracis), эмфизематозного карбункула (В. chauvoei), ботулизма (В. bot ulinns).
Болезни, вызываемые этими возбудителями, получили название почвенных инфекционных болезней, так как заражение ими происходи через почву, чаще на пастбище. Например, споры сибирской язвы при наличии нейтральной или слабощелочной реакции почвы и ее затопления могут не только продолжительное время сохраниться в активном состоянии, но и прорастать, заражать почву, воду и растения (К. А. Миротворский, Лунгу, Попа, Ван Неве и Штейн и т. р.).
Зараженные торфянистые и болотистые участки во время понижения уровня грунтовых вод создают благоприятные условия для развития сибиреязвенных спор и обычно в это время служат очагом распространения инфекции. Большое значение в выносе возбудителей инфекции из глубины почвы имеют вымывание их грунтовой водой во время затопления (заливные луга), раскопки в связи со строительными работами и т. п.
Таким образом, почва, зараженная возбудителями почвенных инфекционных болезней, имеет большое эпидемиологическое и экологическое значение и представляет угрозу заражения людей и животных при прямом их контакте с почвой или косвенно — через корма, питьевую воду, грызунов, насекомых, дождевых червей, обувь, инструменты и пр.
При определенных условиях (содержание гумуса, рН, влажности и температуры) в почве могут находиться относительно долго (недели и месяцы) патогенные микроорганизмы: возбудители туберкулеза, бруцеллеза, рожи свиней, пастереллеза, пуллороза птиц, мыта лошадей, дерматомикозов и т. д. Многочисленные исследования показали, что неспорообразующие патогенные микроорганизмы не размножаются в почве и их пребывание в ней ограничивается периодом жизни одной популяции (Е. И. Мишустин и М. И. Персовская, В. С. Киктенко и В. Д. Кучеренко и др.). Следовательно, попадая в почву, патогенные микроорганизмы создают очаги инфекции. Часто инфицируются те участки почвы, которые находятся в контакте с животными или продуктами их переработки: животноводческие помещения, выгульные площадки, пастбища, лагеря, стойбища, погрузочные и разгрузочные площадки, территории мясокомбинатов и других пищевых предприятий и т. п.
Наряду с возбудителями различных инфекционных заболеваний почвы могут быть инвазированы (заражены) зародышами гельминтов (паразитических червей), так как многие из них (геогельминты) нуждаются в почве как во временной среде для своего развития и созревания. К геогельминтам относят яйца аскарид, зародыши возбудителей диктиокаулеза (легочно-глистной болезни), гемонхоза (сычужно-глистной болезни), мониезиоза, амидостоматоза и др. Кроме того, почва является средой обитания ряда промежуточных хозяев гельминтов, как, например, возбудителя фасциолеза (моллюск), метастронгилидоза (дождевые черви) и др. В почве зародыши гельминтов чаще погибают через год и только в южных районах значительно раньше (через 3— 6 месяцев). Заражение животных гельминтами происходит в данном случае через корма, выращенные на зараженных участках, и питьевую воду.
Почва служит и средой для развития паразитических насекомых — мух, мошек, слепней, оводов и др.
Портал ветеринара Свойства почвы
ФИЗИЧЕСКИЕ, ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ
В настоящее время большое значение уделяется вопросу загрязнения почвы радиоактивными веществами, которые попадают в организм животных через растения и могут быть причиной загрязнения продуктов животного происхождения, используемых в питании людей. Состав и свойства почвы не являются чем-то стабильным, а подвергаются непрерывным изменениям, что в большой степени обусловлено внесением в нее огромных количеств химических удобрений, а также попаданием отходов жизнедеятельности человека, промышленного производства и животноводческих комплексов.
Почва, загрязненная большим количеством органических отбросов, способствует развитию микроорганизмов, в том числе способных вызвать инфекционные заболевания животных, а также развитию гельминтов и личинок насекомых.
Благодаря сравнительно небольшой теплопроводности температура почвы с удалением от поверхности быстро падает, а суточные колебания температуры не отмечаются на глубине более 1 м.
Почва обладает свойством поглощать газы, жидкости, растворенные вещества и задерживать твердые частицы. Поглотительная способность зависит от количества глинистых частиц и перегноя, которые способствуют образованию органоминеральных коллоидов, что имеет важное санитарно-гигиеническое значение.
Химические свойства почвы. Особенности почвообразовательных процессов привели к различию химического состава почвы в разных местностях, т. е. образованию биогеохимических провинций.
Их наличие объясняется недостаточным или избыточным содержанием в почве ряда микроэлементов, в том числе йода, кобальта, меди, фтора, стронция, цинка и многих других. Это обстоятельство во многом определяет минеральный состав растительности и воды, что, в свою очередь, сказывается на здоровье и продуктивности животных.
В почве содержатся также различные органические соединения, которые представляют собой гумус, а также продукты их разложения — углекислый газ, сероводород, метан, аммиак и др.
Биологические свойства почвы. В почве находится огромное количество разнообразных микроорганизмов (дрожжи, плесени и др.), много в ней также червей, личинок насекомых и т. д. На 1 га пашни приходится от 2 до 7 т микробной массы, что во многом зависит от типа почвы, ее культурного состояния, погоды. Самый высокий уровень содержания микроорганизмов отмечается в почве на глубине от 1 до 10 см, затем по мере углубления их количество уменьшается, и на глубине 6 м микробы отсутствуют. Это объясняется тем, что верхние слои почвы, во-первых, обладают свойством задерживать микробы фильтрацией, а во-вторых, вверху больше органических питательных веществ, необходимых микроорганизмам.
Большинство почвенных микробов - сапротрофы, но могут встречаться и патогенные микробы, и зародыши гельминтов. Большое значение в выносе возбудителей инфекции из глубины почвы наружу имеет вымывание их грунтовыми водами во время затопления, раскопок и т. д.
Для свежезагрязненной почвы характерно наличие Е. coli, могут встречаться и Вас. aerogenes, но преобладание последних, как правило, указывает на давнее загрязнение почвы.
Попавшие в почву микроорганизмы в большинстве случаев гибнут или теряют патогенные свойства.
Почва постоянно загрязняется как отходами жизнедеятельности человека, так и отходами животноводческих предприятий. Еще в 1924 г. академик А. Е. Ферсман писал, что человек "геохимически переделывает мир" выведением в воздух, почву, воду образующихся в результате производственной деятельности человека химических соединений (а их примерно более 100 тыс.), что в десятки раз превосходит естественное поступление минеральных и органических веществ при выветривании горных пород и вулканизме. Ежегодно в почвы сельскохозяйственных угодий вносится более 500 млн. минеральных удобрений и приблизительно 3 млн. ядохимикатов.
Кроме этого в почву всегда попадают различного рода растительные и древесные отходы. Особенно опасны в санитарном отношении навоз, зараженный патогенными микробами и яйцами гельминтов, сточные воды комбинатов по переработке животноводческой продукции и т. д. Однако благодаря присутствию в почве различного рода бактерий, микроскопических грибов, актиномицетов и простейших в ней постоянно идут процессы разложения растительных, животных и промышленных остатков.
Обзор
Почва, как много в этом слове.
Автор
Редакторы
Спонсором приза зрительских симпатий выступил медико-генетический центр Genotek.
Земля, природы мать — ее же и могила:
что породила, то и схоронила.
Уильям Шекспир
Рисунок 1. Биоценотические функции почв
Физические функции почв
Почва — место совершения многих событий
Если бы живые организмы могли занимать всё доступное пространство, то не прошло бы и года, как мы были бы раздавлены массой микроорганизмов. Одна из главных причин, почему большая часть организмов не встречается повсюду, — это отсутствие свободной и пригодной для расселения материальной среды. Поэтому у большинства видов в любой момент времени существует лишь небольшой процент особей из теоретически возможного количества [2].
Совершенно естественно, что в почвах начинается цикл развития большинства растений, а в последующих стадиях жизненного цикла с почвой тесно взаимодействуют их подземные органы (корни). Распределение корней неравномерно как по глубине, так и по географическим широтам и биоценозам: наибольшая абсолютная масса корней наблюдается в лиственных лесах, но если исходить из доли массы корня в массе целого растения (фитомассе), то в лидеры выйдут степи (табл. 1) [3]. Глубина проникновения корней зависит от плотности, распределения химических элементов и других показателей почвы [2].
| Природная зона | Масса корней, ц/га | % от фитомассы |
|---|---|---|
| Арктические тундры | 6–80 | 69–73 |
| Кустарниковые тундры | 200–300 | 80–85 |
| Леса хвойные | 300–800 | 21–85 |
| Леса лиственные | 250–950 | 15–33 |
| Степи | 100–200 | 80–90 |
| Пустыни | 250 | 40–85 |
| Влажные тропические леса | 200–400 | 20 |
Почва обильно заселена микроорганизмами: бактериями, археями, грибами и в меньшей степени водорослями. Больше всего их в верхних слоях почвы, что неудивительно, ведь там много вкусной для них органики. С глубиной их численность падает, но в некоторых зонах, таких как ходы корней, их может быть больше, чем в верхних горизонтах. Нельзя забывать и про сезонные изменения [2]. Осенью в почвах средней полосы численность микроорганизмов увеличивается [4]. Это связано с поступлением огромного объема пищи в виде листового опада и других растительных остатков.
Почва служит жизненным пространством и для многих животных. Почти половина всех их типов имеет представителей, обитающих в педосфере. Из беспозвоночных: плоские, круглые и кольчатые черви; моллюски; ракообразные; паукообразные; насекомые. Из позвоночных: амфибии, рептилии, млекопитающие и даже некоторые птицы [5]. Причем почва может выступать совершенно разной средой для организмов в зависимости от их размера. Например, микроскопические животные (типа коловраток) по существу остаются обитателями водной среды. При сильном увлажнении они свободно плавают в воде, при засухе скапливаются на частичках почвы и живут в так называемых водных пленках. Для немикроскопических, но всё еще мелких организмов (клещей, некрупных насекомых, личинок) жизнь в почве аналогична обитанию в насыщенной влагой пещере. Они как бы живут не в самой почве, а в поровом пространстве между твердыми частицами. Для более крупных животных (дождевых червей, многоножек и других) средой обитания служит почва в целом, то есть рыхлый или плотный субстрат. Некоторые животные с наступлением засухи перемещаются в глубину, где скапливается и не испаряется влага, а в сильно влажный период, наоборот, следуют наверх, за кислородом. И здесь сразу вспоминается выход кольчатых червей на поверхность после дождя [2].
Почва как дом родной
Почва защищает живые организмы от переохлаждения, перегрева, наземных хищников, поскольку температура и влажность воздуха в ней подвержены меньшим колебаниям, нежели на поверхности. Эту особенность часто используют организмы, обитающие в экстремальных условиях — тайге, пустыне и т.д. Особенно это важно для животных, занимающих сразу несколько сред (суслики, полевки или хомяки). Пищу они добывают на поверхности земли, а в почве укрываются от хищников и плохой погоды, а также оставляют запасы [2].
Рисунок 2. Сурок в норе
Пространство, занимаемое подземными животными, может иметь сложное строение [5]. Животные предъявляют ряд требований к почве и ландшафту как к месту убежища или жилища. Это помогает построить правильное представление об экологии сельскохозяйственных вредителей. Например, суслик предпочитает невысокий травянистый покров и почву средней плотности [2]. В связи с расширением хозяйственного воздействия на природу, антропогенный фактор оказывает всё большее влияние на экологию вредителей. Из-за сильного осушения болот и сведения лесов во многих северных районах отмечено проникновение ряда южных грызунов [6]. Таким образом, знание экологии животных, использующих почву как жилище или убежище, — важное условие своевременного предотвращения вреда, который они могут нанести аграрным хозяйствам [2].
Почва — поддержка и опора
Опорная функция почв проявляется и по отношению к животным. Часто расселение почвенных обитателей зависит от механических свойств грунта. Как уже говорилось, суслики нуждаются в не плотном, но и не рыхлом субстрате. Малоизученным проявлением опорной функции считается ее влияние на жизнедеятельность наземных организмов. Особенности поведения животных зависят от условий передвижения. Например, лось при необходимости может спокойно ходить по болотам, чего нельзя сказать о других обитателях леса.
Банк семян и других зачатков
Благодаря своим свойствам большинство почв служат средой, в которой сохраняются семена и другие зачатки (цисты, яйца беспозвоночных). Это возможно из-за относительно небольших перепадов температуры и влаги в грунте. Вопрос о длительности сохранения в почве семян и зачатков имеет практическое значение. Например, такое странное на первый взгляд явление, как зарастание вырубок без приноса семян со стороны [2]. Проявлением этой функции считается и наличие в почве большого пула (запаса) микробов, не обеспеченных элементами питания. Видовой состав такого пула крайне велик. По микробному генофонду почва, скорее всего, самый богатый субстрат, поэтому и поиск организмов — продуцентов ценных веществ часто начинают именно в почве [7].
Химические и биохимические функции
Кушать подано
Это одна из самых изученных функций. В какой-то степени ее можно назвать плодородием, так как элементы питания принимают непосредственное участие в создании биологической продукции.
Растения живут одновременно в двух средах: в наземно-воздушной и почвенной. Поэтому для них характерны два типа питания: атмосферное и почвенное. Углерод, кислород, азот и небольшой процент других соединений они получают из атмосферы. Примером этого служит азотфиксация микроорганизмами: атмосферный азот усваивается свободноживущими и симбиотическими обитателями почвы, а затем передается растениям [8]. Но воду и остальные элементы питания — а это почти вся таблица Менделеева — растения добывают из почвы. В естественных фитоценозах растение после своего жизненного цикла умирает и возвращает в почву в виде остатков поглощенные химические элементы [2].
При современном уровне развития производства минеральных (неорганических) удобрений возможно вносить нужные дозы элементов. Однако оптимизация почвы как источника питательных элементов не ограничивается устранением дефицита необходимых веществ. Не менее важным оказывается создание благоприятных условий для поглощения этих молекул. Нам бы хотелось, чтобы удобрения, попавшие в почву, спокойно растворялись в воде и поглощались растениями, но на деле этого не происходит: основная часть элементов адсорбируется на поверхности мелких почвенных частиц. Случайное изменение pH почвы тоже негативно сказывается на поглотительной способности, так как от pH зависит растворимость многих элементов. Многие видели, как в чайнике образуется накипь, которая в воде не растворяется, но стόит подкислить эту воду, как накипь тут же исчезает. Известно, что и органическое вещество может иммобилизовать (сделать неподвижными) ряд питательных для растений молекул. Органические удобрения полезны для растений, но нужно учитывать и их негативное влияние на подвижность некоторых элементов [2].
Хранилище элементов питания, энергии и влаги
Почва — резерв элементов питания, которые организмы используют, когда израсходуют легкодоступную часть необходимых им веществ. Это депо помогает организмам выживать в период прекращения поступления в почву влаги, останков других организмов, удобрений. У разных типов почв возможности такого депонирования различаются. Где-то депо больше (черноземы), где-то меньше (таежные почвы) [2].
Стимулятор и ингибитор биохимических и других процессов
В почву поступают разнообразные продукты метаболизма (аминокислоты, витамины, спирты и т.д.), которые могут стимулировать или угнетать жизнедеятельность организмов [2]. Как пример приведу почвоутомление, когда при монокультуре, то есть многолетнем выращивании одних и тех же растений на одном участке земли, почва снижает производительную способность — во многом из-за накопления метаболитов одного организма.
Однако выделения растений могут влиять на другие растения не только отрицательно: например, выделения липы мелколистной благотворно влияют на дубы. Но тяжело прогнозировать действие метаболитов на состояние почвы, поскольку они могут неодинаково влиять на разные организмы, вступать в реакции с другими метаболитами и образовывать абсолютно новые вещества; при этом их влияние может заметно варьировать в зависимости от концентрации [9].
Физико-химические функции
Физико-химический пылесос
Мелкие (диаметром до 0,25 мкм) коллоидные частицы почв адсорбируют газы, жидкости, прочие молекул. Чем больше таких мелких частиц, тем сильнее поглощение, что позволяет удерживать в почве элементы питания, которые иначе вымылись бы. При этом вещества могут оставаться доступными растениям, а могут, наоборот, иммобилизовываться. Существуют разные способы оптимизации этой функции: известкование кислых почв и гипсование засоленных, внесение органических удобрений, добавление глины в песчаные фракции и т.д. [2].
В почвах задерживаются не только полезные элементы, но и токсичные, такие как тяжелые металлы. Ртуть, попавшая на поверхность почвы, вымывается очень медленно (доли процента в год). В результате промышленных загрязнений атмосферы аэрозолями на поверхности почвы оседает много пыли с токсичными веществами. Поэтому необходимо учитывать эту функцию при проектировании заводов, свалок, трубопроводов и т.д. [2].
Губка для микроорганизмов
Информационные функции
Биологические часы
Многие свойства почвы меняются периодически: в ней существуют особые тепловой, водный, солевой и пищевой режимы [2]. Так, было показано, что ведущим фактором запуска роста корней является температура почвы. Ярким примером может служить и ускорение сезонного развития растений в период дождей в засушливых регионах. Влияние годовой динамики пищевого режима почв на сезонные изменения заметны в колебании численности микроорганизмов в период обильного листопада. Органики становится больше, организмы лучше обеспечены едой и активно размножаются.
Рисунок 4. Чилийская пустыня после дождя
Старт сукцессий
Эта функция проявляется, например, в изменении биоценозов после лесного пожара, заболачивания, засоления и других событий, которые вызывают стадийное изменение почвы как среды обитания [11]. Другая форма проявления этой функции связана с деятельностью фитофагов (потребителей растений). Например, в степи в результате активности корневых вредителей некоторые растения погибают, и их сменяют другие виды [2].
Приобретение новой информации нередко сопровождается потерей имеющейся. Например, если на одной территории много раз менялись условия среды, вполне вероятно, что такие периодические преобразования приведут не только к утрате имевшихся данных, но и к усложнению расшифровки сохранившихся. В таком случае почва не может адекватно отражать события, происходящие с ней, а расшифровка хранящихся в ней данных оказывается достаточно сложной. Это можно сравнить с чтением листка бумаги, на котором много раз писали разные авторы [2].
Целостные функции
Трансформация веществ и энергии
Почва преобразует попадающие в ее сферу вещества (например, горные породы), в результате чего создаются благоприятные условия для жизни организмов. Например, в верхних горизонтах накапливаются доступные формы элементов, необходимых для питания растений. Или же минералы разрушаются под действием воды, кислоты и жизнедеятельности организмов. Важный результат такой трансформации — высвобождение в ходе разложения органических остатков энергии, аккумулированной при фотосинтезе. Эта энергия высвобождается не только в тепловой, но и в химической форме [12].
Санитарная функция почв
Эта функция проявляется в трех аспектах.
Первый связан с участием почвенных организмов в деструкции поступающей органики. Это наблюдается при разложении опавших листьев: осенью они появляются, но в следующем году их уже нет. Если бы этого не происходило, поверхность земли давно была бы заполнена продуктами жизнедеятельности всех организмов. К этой форме проявления санитарной функции можно отнести и биологическую нефтедеструкцию. В почвах всегда есть микроорганизмы, способные разрушать углеводороды нефти. Обычно их немного, но как только нефтепродукты попадают в почву, численность нефтедеструкторов резко возрастает, так как конкурентов в такой среде у них почти нет. Постепенно нефть разрушается, и почва вновь приходит в свое естественное состояние [13]. Долгое время полагали, что деструкция органических остатков осуществляется только прокариотами. Но позже была установлена важная роль в этом процессе грибов, простейших, беспозвоночных. Там, где санитарная функция беспозвоночных ослаблена, в экосистеме быстро происходят неблагоприятные изменения. Так, в Австралии некоторые пастбища страдали от того, что на поверхности почвы скапливался помет скота: из-за ослабленных беспозвоночных в почве он просто не мог нормально разлагаться [2].
Второй важный аспект санитарной функции почвы связан с антисептическими свойствами, не дающими болезнетворным организмам активно развиваться. В самόй почве лишь единичные виды могут вызывать болезни растений, животных или человека. Однако в почву поступают отбросы и органические удобрения, содержащие представителей патогенной микрофлоры. Механизмы распространения болезней при почвенном загрязнении различны. Это может быть инфицирование при употреблении в сыром виде сельскохозяйственной продукции, попадание патогенов в воздух, воду и т.д. Сама почва является неблагоприятным субстратом для патогенных организмов, но процесс естественного обеззараживания может занимать продолжительное время. На болезнетворные организмы в почве негативно влияет целый ряд факторов: дефицит подходящего источника питания, жизнедеятельность других организмов, активность бактериофагов и т.д. [2].
Третья форма проявления санитарной функции почв заключается в разрушении почвенными микробами продуктов обмена живых организмов. Это предотвращает накопление токсичных метаболитов.
Итоги
Почва выполняет ряд важных функций в экосистеме. Организмы могут использовать ее как дом и получать из нее питательные элементы. Почва служит источником различных ценных веществ: довольно часто поиск антибиотиков начинают именно в ней [14]. Также она является опорой для наземных организмов, и от ее свойств зависят условия их передвижения. Немаловажен и тот факт, что почва — это самоочищающаяся система, способная к ликвидации химически опасных реагентов и патогенных организмов. Именно поэтому многие ученые посвящают свою жизнь ее изучению.
Читайте также: