Ґрунти і живі організми

Взаимодействие почв и живых организмов — основной стержень почвообразовательного процес­са, один из главных факторов раз­вития биосферы и эволюции жиз­ни на Земле.

Микробное население почв дав­но признано мощной фабрикой по переработке поступающих в почву органических остатков и значительному изменению ее ми­неральной части.

Всем хорошо знакома велико­лепная картина осеннего листопа­да, покрывающего землю разно­цветным ковром отжившей лист­вы. Но что стало бы с лесами, по­лями и лугами, если бы весь об­разующийся из года в год расти­тельный опад только накапливал­ся, не претерпевая изменений. В этом случае поверхность Земли за короткое время оказалась бы забитой отходами жизнедеятель­ности организмов и жизнь на пла­нете в конце концов оказалась бы невозможной. Подвергая разру­шению и минерализации по­ступающие в почву и на ее по­верхность органические остатки, микроорганизмы тем самым пре­дохраняют ландшафты от само­загрязнения и гибели.

Но этим не ограничивается ра­бота маленьких санитаров. В ходе разрушительной деятельности микроорганизмы выступают и как строители, как поставщики ценней­шего материала, пригодного для питания многих видов живых су­ществ. Этот материал образуется за счет разложения растительного опада под действием выделяе­мых микроорганизмами продук­тов жизнедеятельности. В процес­се этого разложения из органиче­ских остатков высвобождается или синтезируется заново ряд соеди­нений, пригодных для построения тканей молодых развивающихся организмов. Это аминокислоты, углеводы, различные соли и дру­гие соединения.

Велика роль микроорганизмов и в разного сорта превращениях жизненно важных соединений азо­та, серы, железа, фосфора, гуму­совых веществ. Определенные группы микроорганизмов могут осуществлять в почвах такие слож­ные, противоположно направленные процессы, как окисление и восстановление азотистых органи­ческих веществ, окисление серни­стых соединений и восстановле­ние сульфатов до сероводорода, окисление железа и его восстанов­ление, образование стимуляторов роста и выработка веществ, огра­ничивающих рост живых организ­мов, образование гумусовых ве­ществ и их разложение и др. Да­же простой перечень основных биогеохимических процессов, в которых участвуют почвенные микроорганизмы, свидетельствует о выдающемся значении микро­скопических форм жизни в обес­печении более высокоорганизо­ванных видов необходимыми эле­ментами питания и поддержании обмена веществом и энергией между основными компонентами биогеоценоза. Последнее оказы­вается возможным не только бла­годаря разнообразию функций, выполняемых микробным населе­нием почвы, но и высокой хими­ко-биологической активности мик­роорганизмов, постоянному об­новлению их биомассы.

Благодаря разносторонней и напряженной деятельности микро­организмов оказывается возмож­ным многократное участие в био­логическом круговороте одних и тех же химических элементов. Многие крупные биологи и почво­веды считают, что многократное повторное участие химических элементов в биологическом кру­говороте является одним из усло­вий сохранения жизни на Земле, так как запасы доступных минераль­ных элементов, необходимых для осуществления функций жизни на нашей планете, не бесконечны. И если бы химические элементы только потреблялись и не возвра­щались вновь в биологический круговорот, жизнь в конце концов могла бы прекратиться.

Важная особенность деятельно­сти микроорганизмов, имеющая существенное значение для поч­вообразовательного процесса, ее исключительный динамизм во вре­мени и пространстве. Особенно велики сезонные колебания актив­ности микроорганизмов.

Например, в средней полосе микроорганизмы претерпевают метаморфозы от почти полного бездействия в течение холодного времени года до чрезвычайно бурной жизни в погожие весенние дни, когда почва хорошо прогре­та солнечными лучами, но еще не утратила влаги, накопившейся в ней за осень и зиму. В летнее время микроорганизмы живут непостоянно и пребывают в со­стоянии почти полного покоя в за­сушливые дни или же развивают бурную деятельность в дождли­вый период.

Осенью во многих почвах уме­ренного пояса микроорганизмы бывают особенно активны. На пер­вый взгляд это может показаться несколько странным. Но многое становится понятным, если при­нять во внимание, что в осеннее время почвы обогащаются свежим растительным опадом, влагой обильных дождей и еще сохра­няют тепло, накопленное за лето. Но почти любая закономерность имеет свои пределы и исключе­ния. Это относится к рассматри­ваемому примеру, поскольку уси­ление жизнедеятельности в лес­ных почвах средней полосы в осеннюю пору отмечается не всег­да. В подзолистых почвах легкого и среднего механического состава, сформированных на суходольных участках, осенью действительно наблюдается вспышка активности микрофлоры. А вот в тяжелых глинистых лесных землях, разви­тых на слабодренированных участ­ках, осенние дожди могут вы­звать снижение численности мик­роорганизмов в связи с переув­лажнением.

Распределение химических компонентов в слабоподзолистой суглинистой глееватой почве; в подзоле на тонкозернистом песке; в подзоле на мелкозернистом песке…

Многообразны и пространствен­ные изменения в почвенном мик­ромире.

Уже в пределах профиля одной какой-либо почвы мы сталкиваем­ся с непостоянством в расселении микроорганизмов по генетиче­ским горизонтам. Максимум бак­терий, грибов, актиномицетов при­урочен к верхнему гумусовому слою и подстилке. С глубиной же происходит резкое уменьшение численности микробов. Однако в некоторых микрозонах почвы, приуроченных главным образом к ходам корней, содержание микроорганизмов может быть вы­соким и в нижних горизонтах. Так, в выщелоченном черноземе на глубине 2,5 м было обнаружено в среднем 34 тыс. микроорганиз­мов, а по ходу корней ели на той же глубине насчитывалось более 2 млн. микроорганизмов на 1 г почвы.

Неравномерность расселения микрофлоры в пределах почвен­ного профиля обусловливает большую пестроту многих биохи­мических . свойств почв и процес­сов, происходящих в них.

Сильно изменчива численность и соотношение основных групп микроорганизмов в почвах раз­личных участков одного и того же ландшафта. Так, в пределах таеж­ной зоны Русской равнины почвы сложных ельников богаче по со­держанию микроорганизмов и по числу физиологических групп по сравнению с почвами ельников черничников и ельников-кислич­ников.

Сильно колеблется содержание микроорганизмов в почвах различ­ного механического состава. Су­глинистые и глинистые разновид­ности отличаются более обильной микрофлорой по сравнению с пес­чаными и супесчаными землями. Это объясняется тесной связью микроорганизмов с минеральной частью почв, благодаря которой подавляющая часть бактерий, а также спор микроскопических грибов и актиномицетов оказы­вается как бы прилипшей к по­верхности почвенных частиц. По­скольку же активная поверхность суглинков и глин больше, чем у песчаного субстрата, то на них ад­сорбируется значительно большее количество микроорганизмов. По некоторым данным 1 г почвы, обо­гащенной глинистым веществом, может адсорбировать более 4 млрд. бактерий. Однако адсорб­цию микроорганизмов нельзя рассматривать только как физико-химический процесс. Она имеет и биологический характер. Ад­сорбированные микроорганизмы продолжают жить и размножать­ся, но скорость процессов их жиз­недеятельности часто оказывается пониженной, хотя могут быть и исключения. Значительные коле­бания численности микронаселе­ния почв наблюдаются при пере­ходе от одной природной зоны к другой.

Обзор имеющихся данных по вопросу связи почв и высшей рас­тительности говорит о том, что взаимоотношение растительного и почвенного покрова Земли от­личается сложностью, разнообра­зием, наличием многих загадок и тайн, познание которых имеет ин­терес не только для почвоведов, но и биологов, геохимиков, агро­номов, географов. Это связано с тем, что подавляющая часть расте­ний произрастает там, где есть почвы. В своей эволюции и рассе­лении по Земле мир растений ока­зался неразрывно связанным с ми­ром почв. Эта связь всегда была двусторонняя, ибо почва и расти­тельность непрерывно воздейст­вуют друг на друга. Влияние рас­тительности на почвы многопланово и зависит от целого ряда особенностей зеленого царства.

Для почвообразования перво­степенное значение имеет гранди­озное количество растительного вещества, образующегося на суше Земли, и его ярко выраженный динамизм во времени и простран­стве. Еще сравнительно недавно считалось, что основная биомасса Земли сосредоточена в Мировом океане. Однако последние под­счеты показали, что главным хра­нилищем живого вещества плане­ты является суша, в том числе ее почвенный покров (табл. 2).

Одной из основных особенно­стей биомассы является ее посто­янное обновление, в результате чего в почву и на ее поверхность ежегодно поступает большое ко­личество растительного опада.

В ходе его преобразования в почве образуются биохимические активные соединения, некоторые минералы и, конечно, гумусовые кислоты,— один из главных аген­тов почвообразовательного про­цесса.

Высшие растения оказывают также большое влияние на почву через свою корневую систему. Хорошо известна большая роль корней в формировании структу­ры почвы. Благодаря разрыхляю­щей и структурообразующей дея­тельности корневых систем почва приобретает способность впиты­вать и запасать поступающие в нее атмосферные осадки, а также экономно расходовать их на испаре­ние. Большой положительный эф­фект от механического разрыхле­ния почвы корнями связан с силь­ной разветзленностью корневых систем многих растений, наличи­ем у них многочисленных тонких корневых волосков. Например, у травянистых растений разветвленность и общая длина корней мо­жет достигать поразительных раз­меров: при сплошном покрове до 850—960 м, а при одиночном стоя­нии до 70—80 км на растение.

Кроме механического воздей­ствия, живые корни высших расте­ний могут обусловливать замет­ные физико-химические изменения в почве. Многие растения от­личаются обильными корневыми выделениями, активно влияющими на почву и на ее живое население. Хорошо известно, что корневая система хвойных развивает повы­шенную кислотность почвенной среды. Например, в зоне распро­странения корневых систем сос­ны концентрация водородных ио­нов выше (на 0,2—0,4, а иногда 0,5—0,8 рН), чем за ее пределами.

Рассматривая влияние корней на свойства почв, необходимо под­черкнуть, что зона наивысшего воздействия корневых систем на почвенный профиль приурочена к верхним горизонтам почв, наи­более обогащенным гумусом. Подсчеты распределения корней в почве показывают, что 70—75% корней в почвах умеренного поя­са сосредоточены в верхнем 0—10, 0—20 см слое почвы.

Такая высокая концентрация корневых систем в поверхностных горизонтах почв, наряду с приуро­ченностью к ним скоплений мик­роорганизмов, .свидетельствует о том, что эти горизонты имеют важное значение в процессах вза­имодействия живой и неживой материй, изменении и эволюции биосферы Земли.

В этой связи заслуживает внима­ния предложение советских уче­ных В. А. Ковды, А. Н. Тюрюканова, И. В. Якушевской о выделении особой гумусовой оболочки Зем­ли, которая включает почвенные горизонты, характеризующиеся наибольшей концентрацией гуму­са и живого вещества.

Влияние высшей растительности распространяется также и на гид­ротермический режим почв. Здесь оно начинается с того, что высшая растительность задерживает на своей поверхности атмосферные осадки. Значительная часть этих осадков испаряется, не достигая почвы. Другая часть поступает в почву, претерпев определенные изменения своего состава. Из­вестны, например, случаи подкисления дождевых вод, стекающих в почву с ветвей и стволов темно-хвойных пород.

Растительный покров поглощает также большое количество сол­нечного излучения, поступающего на поверхность Земли. Особенно много поглощают тепла и влаги лесные массивы. Это обстоятель­ство служило в ряде случаев ос­нованием для критических выска­зываний по поводу благотворного влияния лесов на ландшафт. Одна­ко в настоящее время преобла­дают сведения, говорящие о том, что лес в большинстве случаев по­ложительно влияет на различные компоненты ландшафта. Лесные массивы уменьшают переохлаж­дение и перегрев воздушной обо­лочки, увеличивают внутренний влагооборот ландшафтов, регу­лируют сток талых вод, препятст­вуют развитию ветровой и вод­ной эрозии. Установлено также положительное влияние многих видов древесных пород на свойст­ва почв, в том числе и на черно­земы.

В ходе взаимодействия расти­тельного и почвенного покровов претерпевают изменения не толь­ко почвы, но и высшая раститель­ность. Известны случаи смен рас­тительных сообществ по мере су­щественного изменения свойств почв. Неоднократно наблюдались сильные морфологические и фи­зиологические изменения у одних и тех же видов растений, произ­растающих на разных почвах.

Большое самостоятельное зна­чение имеют процессы взаимодействия почв и обитающих в них животных. Особенно велика почвообразующая роль беспозвоноч­ных животных, которых принято делить на микрофауну, включаю­щую плохо заметные или невиди­мые невооруженным глазом ви­ды, и мезофауну, состоящую из более крупных беспозвоночных. Микрофауна почв представлена простейшими, некоторыми червя­ми (нематоды и энхитреиды), кле­щами и первично бескрылыми на­секомыми. Сюда же входят мел­кие виды многоножек, некоторые мелкие личинки крылатых насеко­мых и другие животные. Числен­ность животных микрофауны вели­ка, но масса их меньше массы бес­позвоночных, относящихся к мезофауне, включающей дождевых червей, молюсков, многоножек, насекомых и их личинок и других представителей.

Среди различных форм воз­действия беспозвоночных на почву следует назвать разрыхляющую и структурообразующую деятель­ность этих обитателей почвы. В процессе передвижения круп­ные беспозвоночные, в особенно­сти дождевые черви, перемеши­вают огромное количество мелко­зема. Так, дождевые черви могут перерабатывать до 50—380 т/га почвы ежегодно. Муравьи юго-востока европейской части СССР способны на протяжении 8—10 лет перемешать весь почвенный слой, в котором они живут. Разрыхляю­щая деятельность беспозвоноч­ных приводит к тому, что почва приобретает высокую порозность, благоприятствующую впитыванию атмосферных осадков и поступле­нию достаточного количества кис­лорода. Велика роль беспозвоноч­ных в создании водопрочных агро­номически ценных агрегатов. Питаясь растительным опадом, они обязательно заглатывают какое-то количество почвенных частиц, которые можно обнаружить в ки­шечнике ногохвосток, кивсяков, дождевых червей и других пред­ставителей почвенной фауны. При выбрасывании наружу почвенный мелкозем, перемешанный с пере­работанными растительными ос­татками и выделениями кишечни­ка приобретает агрегированность и повышенную устойчивость к раз­рушению. Количество экскремен­тов, содержащих почвенные час­тицы, может быть значительным. Например, у кивсяков в условиях лесных полос степной зоны оно достигает 686 кг/га за один вегета­ционный период.

Заметное влияние оказывают беспозвоночные животные на фи­зико-химические свойства почв. Выделяемые ими экскременты не только оструктуривают почвенные частицы, но и заметно обогащают почву рыхлосвязанными гуматами, подвижными формами азота, фос­фора, калия. Беспозвоночные жи­вотные могут также изменять ре­акцию почвы. Такая способность отмечена у муравьев, которые нейтрализуют кислую реакцию почв и ослабляют щелочную.

Велика роль почвенной фауны в процессах распада растительных остатков в почве Размельчая рас­тительный опад и перемешивая его с минеральной частью почвы, беспозвоночные облегчают про­цессы разложения органического материала почвенными микроор­ганизмами. Отмечена тесная связь некоторых микроорганизмов с жизнедеятельностью беспозвоноч­ных животных.

Большое положительное влия­ние беспозвоночных животных на почву заставляет следить за благополучием их существования в па­хотных землях. В некоторых слу­чаях оказывается полезным искус­ственное увеличение численности беспозвоночных на обрабатывае­мых полях. Имеется удачный опыт расселения червей на вновь осво­енных, орошаемых землях Сред­ней Азии.

В отличие от беспозвоночных роль позвоночных животных в поч­вообразовании менее значитель­на. Но и она ощутима. Так, землерои в некоторых случаях могут выталкивать в верхние почвенные горизонты с глубины 10—200 см мелкозем, в котором железа, алю­миния, кальция и других элемен­тов содержится больше, чем их поступает с опадом растений. Кро­ты в лесу с дерново-подзолисты­ми почвами на некоторых участках ежегодно выносят с глубины 10— 40 см на поверхность до 19 т/га мелкозема, малые суслики в гли­нистой пустыне с глубины 40— 200 см выносят до 1,5 т/га мелко­зема.

Итак, влияние живых организ­мов на жизнь почв многообразное, глубокое и постоянно действую­щее. Поэтому такое большое вни­мание уделяется биологическим вопросам почвоведения, от успеш­ного решения которых зависит прогресс этой важной отрасли со­временного естествознания.

• ← Ґрунти і клімат
• Що під ґрунтом? →