Живая фаза почв

Оглавление

 

 

 

 

Введение

 

Одним из важнейших факторов, оказывающим влияние на направление почвообразовательного процесса морфологию, биохимию почв, являются живые организмы.

Вся почвенная биота находится в тесной связи с эколого-географическими закономерностями распределения почв по земному шару и отражает специфику взаимоотношений, складывающихся между представителями органического мира и другими факторами почвообразователями. В почве обитают представители всех царств живой природы. Они являются и пионерами в освоении и преобразовании косного минерального вещества в почве, играют ведущую роль в дальнейших процессах почвообразования, служат индикаторами деградационных почвенных процессов.

Органическое вещество, созданное растениями, попадает на почву и в почву и под воздействием живых организмов, населяющих почву, подвергается процессам трансформации: либо минерализуется до некоторых простых соединений - углекислоты, воды, газов и простых солей, либо преобразуется в новые сложные соединения - почвенный гумус. От деятельности почвенных организмов зависят характер и интенсивность биологического круговорота веществ, а также масштабность и интенсивность фиксации основного биогенного элемента - атмосферного азота, способность почвы к самоочищению и пр.

Таким образом, живые организмы -  один из основных функциональных компонентов такой сложнейшей системы, как почва, поэтому изучение живой фазы почв актуальная задача современного почвоведения и морфологии почв. Выполняя реферат по теме «Живая фаза почв», необходимо решить следующие задачи:

- изучить  литературу по теме реферата;

- охарактеризовать  живое вещество как особую  фазу почвы;

- рассмотреть  фауну и микрофлору почв;

- дать  характеристику биологической активности  почвы. 

1. Живое вещество  как особая фаза почвы

Живая фаза почвы - это совокупность организмов, населяющих почву и принимают непосредственное участие в почвообразовании.

Уже в начале XX века была известна огромная роль живого вещества почв. Бертло показал, что почва представляет из себя «нечто живое». Признание значительного влияния организмов на свойства почвы В. И. Вернадский выразил во фразе: «... все процессы в почве связаны с участием живого вещества или продуктов его изменения. В широком понимании слова все эти явления можно считать биохимическими». Активная роль живых организмов определяет принадлежность почвы к биокостным природным телам.

Живая фаза состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, водоросли, грибы и др.), беспозвоночных (простейшие, черви, моллюски), роющих позвоночных, корневых систем растений.

Изучение биологии почв позволило установить закономерности распределения и активности организмов и их метаболитов в зависимости от свойств почв и почвенных процессов, что послужило теоретической базой для их применения в диагностике и мониторинге почв.

 

2. Фауна почв

Важную роль в круговороте веществ в природе, почвообразовании, плодородии почв играют животные. Показатели локального разнообразия животного населения в почве выше, чем в наземном ярусе: среднее видовое богатство почвенной фауны в расчете на единицу площади (альфа-разнообразие) превышает таковое в наземной среде. Если принять во внимание, что в почвенном профиле животное население сосредоточено лишь в верхнем горизонте, то индекс разнообразия видов на единицу объема оказывается еще выше, чем, например, в растительном ярусе. Величина биомассы животных в почве варьирует в пределах от сотен миллиграммов до сотен граммов в 1 м2.

Зоологами установлена зависимость между уровнем численности и размерами животных. Размеры почвообитающих беспозвоночных различаются на 5 порядков (от 5 микрон до 25 см), а уровни их численности варьируют от десятков до сотен тысяч особей на 1 м2, увеличиваясь по мере снижения размеров животных.

По размерам особей представителей почвенной фауны можно разделить на четыре группы:

а) микрофауна - организмы, размер которых менее 0,2 мм; это главным образом протозоа, нематоды, ризоподы, эхинококки, живущие во влажной почвенной среде;

б) мезофауна - животные размером от 0,2 до 4 мм; это микроартроподы, мельчайшие насекомые, некоторые мириаподы и специфические черви, приспособленные к жизни в почве, имеющей достаточно влажный воздух;

в) макрофауна - состоит из животных размером от 4 до 80 мм; это земляные черви, моллюски, насекомые (муравьи, термиты и др.);

г) мегафауна - размер животных более 80 мм - крупные насекомые, крабы, скорпионы, кроты, змеи, черепахи, мелкие и крупные грызуны, лисы, барсуки и другие животные, роющие в почвах ходы и норы.

Среди почвенных животных абсолютно преобладают беспозвоночные. Их суммарная биомасса в 1000 раз больше общей биомассы позвоночных. Функции беспозвоночных и позвоночных животных важны и разнообразны; одна из них - разрушение, измельчение и поедание органических остатков на поверхности почвы и внутри ее.

Примером необычайно интенсивного воздействия на почву служит работа дождевых червей. Очень образную и глубокую характеристику деятельности земляных червей дал русский почвовед Н. А. Димо (1938), писавший, что под воздействием червей из года в год, из тысячелетия в тысячелетие накапливаются в почвах черты биогенного сложения и структуры, специфические биохимические свойства, невоспроизводимые никаким другим агентом природы.

На площади в 1 га черви ежегодно пропускают через свой кишечник в разных почвенно-климатических зонах от 50 до 600 т мелкозема. Вместе с минеральной массой при этом поглощается и перерабатывается огромное количество органических остатков. В среднем экскременты червей (копролиты) составляют до 25 т/га•год. При этом осуществляется работа по перераспределению переработанного органического вещества не только в профиле почв, но и по их поверхности. Столь же большая работа производится насекомыми, их личинками и другими животными.

Еще одна функция почвенных животных выражается в накоплении в их телах элементов питания и главным образом в синтезе азотсодержащих соединений белкового характера. После завершения жизненного цикла животного наступает распад тканей и возврат в почву накопленных в телах животных веществ и энергии.

Деятельность роющих животных оказывает большое влияние на перемещение масс грунта и почвы, на формирование своеобразного микро- и нанорельефа. В некоторых случаях перерытость почв и выбросы на поверхность достигают таких размеров, что возникает необходимость введения в номенклатуру почв специальных определений (например, карбонатный перерытый чернозем). Профиль таких почв имеет рыхлое, кавернозное строение, почвенные горизонты часто перемещены и трансформированы.

В составе животного населения почвы выделяются 4 основные трофические группировки - сапрофаги, фитофаги, зоофаги (хищники) и миксофаги (формы со смешанным питанием). В умеренном поясе в трофической структуре доминируют сапрофаги по численности и биомассе. В широколиственных лесах и луговых сообществах доля сапрофагов составляет 70-80% от обшей зоомассы. Б. Р. Стриганова выделяет следующие группировки сапрофагов: первичные разрушители растительных остатков, вторичные разрушители, детритофаги, микробофаги.

Многие почвенные животные являются эффективными индикаторами почвенных свойств и плодородия, на чем основано использование животных для зоологической индикации почв. Под влиянием антропогенных факторов видовое разнообразие и численность почвенной фауны снижается. На сельскохозяйственных угодьях количество дождевых червей, мокриц, кивсяков и многих других сапрофагов в несколько раз меньше, чем в естественных биотопах.

 

3. Микрофлора почвы

Микроорганизмы обнаруживаются в окружающей природной ере де практически повсеместно. Однако из всех известных сред обитания наиболее богаты как количественно, так и качественно почвы, в одном грамме которой может находиться до 10 млрд. микробов и более.

Микробная биомасса в разных почвах колеблется от единиц до нескольких десятков тонн на гектар, причем на долю грибов приходится от 88 до 99% биомассы, а доля прокариот (бактерии, актиномицеты) составляет 1 - 12%. Доля живого мицелия - от 50% в нижних горизонтах до 85% в подстилке. Жизнеспособность спор составляет 70-100%.

Особенностью почвы как среды обитания микроорганизмов является ее гетерогенность. Микрозоны разделены здесь в пространстве и во времени, поэтому почва представляет собой множество экологических ниш. Микрозональность определяется локальным поступлением органических остатков и корневых выделений растений, варьированием значений температуры, влажности, рН, Eh, концентрацией минеральных элементов и т. д. Благодаря микрозональности в почве одновременно могут идти разнообразные процессы - аэробные и анаэробные, автотрофные и гетеротрофные, протекающие при низких и высоких значениях рН.

По отношению к пище организмы подразделяют на олиготрофов, способных к росту при низкой концентрации питательных веществ, и копиотрофов, предпочитающих богатые питательные среды. Олиготрофы являются типичными обитателями минеральных горизонтов почвы и чаще доминируют над копиотрофами. Кроме того, микроорганизмы подразделяются на генералистов, использующих в качестве пищи разнообразные соединения, и специалистов, использующих лишь очень немногие субстраты.

В современной популяционной экологии принято подразделять организмы делятся на r-стратегов, быстро развивающихся за счет легкодоступных соединений, содержащихся в высоких концентрациях в среде, и К-стратегов, способных к медленному росту за счет питательных субстратов, имеющихся в незначительных концентрациях, уже неспособных обеспечить рост г-стратегов. При обилии пищи г-стратеги быстро размножаются и преобладают, но в неблагоприятных условиях быстро отмирают. К-стратеги развиваются медленнее, но более устойчивы к стрессам. В зависимости от условий доминируют организмы с той или иной стратегией.

Основными представителями почвенной микрофлоры являются бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы и водоросли.

Бактерии - мельчайшие организмы, обладающие клеточным строением. Диаметр бактериальной клетки в среднем составляет 1 мкм, варьируя в пределах от 0,1 до 10 мкм.

Большинство бактерий относится к классу истинных бактерий (Eubacteriaea). Бактерии имеет различную форму - круглую (кокки), палочковидную (бациллы), изогнутую. К палочковидным бактериям относятя бактерии рода Bacillus - подвижные и неподвижные бактерии, обладающие способностью образовывать споры внутри клеток при неблагоприятных условиях среды. Из неспороносных палочковидных бактерий в почве чаще всего встречаются представители родов Pseudomonas и Bacterium. К изогнутым палочковидным бактериям относятся вибрионы (p. Vibrio, p. Spirillum, p. Spirochaetta).

Бактерии способны очень быстро размножаться при поступлении свежего органического вещества. Неспороносные формы размножаются быстрее, чем бациллярные. Поэтому бациллы встречаются на более поздних этапах сукцессии. К тому же они обладают более мощным ферментативным аппаратом и могут питаться веществами, недоступными неспороносным бактериям. Большинство почвенных бактерий относится к сапрофитам.

Актиномицеты - особая группа бактерий, имеющих тенденцию к образованию ветвящихся гиф, которые у некоторых родов развиваются в мицелий. В почвах среди актиномицетов доминируют актиномицеты рода Streptomyces. Кроме них из почвы выделены представители родов Nocardiodes, Actynomadura, Streptosporangium, Micromonospora, Saccaropolyspora, Saccaromonospora, Glicomyces, Kibdelosporangium. В основном актиномицеты относятся к сапротрофам, растут медленно и разлагают многие труднодоступные для остальных вещества. Более 160 видов растений имеют на корнях актиноризу.

Почвенные грибы представляют самую крупную экологическую группу организмов, участвующих в минерализации органических остатков растений и животных и в образовании гумуса. Грибы являются основными деструкторами таких стойких соединений, как лигнин, хитин, дубильные вещества, целлюлоза, гумус, делая возможным дальнейшее их использование другими организмами. Распространение грибов в почве и их высокая активность объясняются их большей но сравнению с другими микроорганизмами устойчивостью к изменяющимся условиям окружающей среды.

В почвах встречаются грибы с разным типом стратегии. Есть грибы-сахаролитики, использующие легкодоступные сахара, с большими скоростями роста при высоких концентрациях субстрата. Эти виды грибов-копиотрофов относятся к родам Mucor, Rhizopus, Absidia. Есть виды грибов-олиготрофов с высокой экономичностью обмена из так называемой микрофлоры рассеяния - Mortierella ramanniana, Mucor htemalis, Aposphaeria pulviscula. Однако большая часть почвенных грибов отличается полифункциональностью.

В зональных почвах из микромицетов распространены представители родов Penicillium, Aspergillium, Fuzarium, Mucor, Tricho-derma.

В лесных почвах определяющую роль в минерализации таких стойких и широко распространенных полимеров, как целлюлоза и особенно лигнин, играют грибы-макромицеты - высшие базидиальные грибы. Несовершенные грибы способны участвовать в разложении лигнина лишь на отдельных стадиях. Кроме того, именно эти грибы образуют симбиоз с корнями сосудистых растений, большинство (9/ 10) из которых микосимбиотрофно. Микоризные грибы обеспечивают растения элементами минерального питания, в первую очередь фосфором, улучшают снабжение водой и повышают устойчивость корней к патогенам.

Почвенные водоросли - также специфичный и неотъемлемый компонент почв. Они являются пионерами при заселении горных пород, различных обнажений, отвалов горных пород и т. п., где образуют самостоятельные сообщества водорослей, или альгоценозы. Встречаются они как в арктических и антарктических полярных пустынях, нивальном поясе гор, так и в тропических сухих пустынях. Вместе с тем они входят в состав любого фитоценоза, образуя его структурную часть - альгосинузии, которые формируются под влиянием наземной растительности и почвенных условий и в разных фитоценозах различаются по видовому составу, численности и экологическим особенностям входящих в их состав водорослей. Зональности почв и растительности соответствует зональность водорослевых группировок.