Основные экологические факторы почва

От размеров частиц зависит объем жидкой и газообразной фаз почвы. Благодаря наличию очень большого количества полостей между почвенными частицами и их агрегатами почва представляет собою системы ходов, расположенных в направлении во всех трех измерений. Вследствие этого общая поверхность ходов в почве очень велика, и в почве возможно многоярусное существование организмов (Гиляров, 1949).

Температурный фактор имеет большое влияние. С температурой почвы обычно связаны суточные и сезонные вертикальные миграции насекомых. Температура почвы на поверхности подвержена резким колебаниям в течение суток, тогда как на глубине 15—20 см эти колебания сглаживаются. Преобладающее влияние температуры на глубину залегания насекомых в условиях умеренного климата находит отражение в сезонных вертикальных миграциях почвенных личинок. Зимой температура с глубиной повышается, а летом наоборот падает. Осенью и весной наступают температурные реверсии, после которых меняется направление температурного градиента, вызывающего вертикальные миграции. Сезонные вертикальные миграции имеют важное значение, например, для службы диагностики и прогноза.

Поверхность земли играет днем и ночью центральную роль в теплообороте. Изменение температуры поверхности почвы в течение суток имеет синусоидальный характер; температура почвы начинает повышаться после восхода солнца и нарастает до полудня, а затем снижается до захода солнца и в течение всей ночи, после чего нагрев начинается снова: чем яснее погода, тем выше максимум и тем ниже минимум.

По мере углубления в почву колебания температуры в течение суток сглаживаются. Уже на глубине 20 см синусоидальный характер кривой хода температур мало заметен, а на глубине 40-50 см она превращается почти в прямую линию.

Таким образом, в верхних слоях почвы наблюдается наибольший градиент температур. Абсолютная величина градиентов связана с тепловыми характеристиками, а, следовательно, и с физическим состоянием почвы.

Чем рыхлее и суше верхний слой почвы, тем хуже идет теплопередача внутрь почвы и обратно к поверхности и тем больше градиенты температур.

В.Н. Димо была выдвинута классификация температурного режима почв. В соответствии с направлением температурного градиента им были выделены три типа температурного режима:

1.Тип излучения (в годовом теплообороте преобладает положительный градиент температуры).

2.Тип неустойчивого равновесия (градиент температуры либо отсутствует, либо имеет весьма малое значение).

3.Тип инсоляции (в годовом теплообороте преобладает отрицательный градиент температуры).

По степени континентальности были выделены подтипы:

1.Умеренный (амплитуда температур на глубине 0,2 м от 15 до 20° С).

2.Континентальный (от 20 до 25°С).

3.Резко континентальный (от 25 до 30°С).

Днем почва служит основным местом поглощения солнечных лучей и зоной наиболее высокой температуры. По мере продвижения вглубь почвы температура падает. В ночные часы поверхность земли является основным местом теплоизлучения и поэтому становится зоной самых низких температур, и по направлению вглубь в поверхностном горизонте почвы температура возрастает.

Температура почвы имеет большое значение и для жизнедеятельности микроорганизмов. Чувствительность микронаселения почвы к ее температуре столь значительна, что существует группировка (классификация) по их отношению к температуре:

1. Мезофильные микроорганизмы, оптимум температуры для которых колеблется в пределах 20–40°. Но они могут развиваться и в пределах от 3 до 45°. К этой группировке относится большинство почвенных бактерий, грибов, актиномицетов, коловраток, инфузорий, нематод.

2. Психрофильные организмы, имеющие температурный оптимум в пределах 10–20°. Эти организмы проявляют активность даже при температурах ниже нуля (нематоды).

3. Термофильные – с температурным оптимумом в 50–60°С (Ревут, 1972).

Влажность почвы зависит от многочисленных факторов: режима дождей, глубины залегания слоя, а также физических и химических свойств почвы, частицы которой в зависимости от их размера, содержания органического вещества. Влажность почвы чрезвычайно важная характеристика особенно для произрастающих на ней растений. Фауна почвы также весьма чувствительная к ее влажности и, как правило, не переносит слишком большой сухости. Общеизвестным примером служат дождевые черви и термиты. Последние иногда вынуждены снабжать водой свои колонии, проделывая подземные галереи на большой глубине. Однако слишком высокое содержание воды в почве убивает личинки насекомых в больших количествах.

Влажность почвы может быть весовой и объемной.

Весовая влажность – это отношение (в %) массы, содержащейся в почве воды к массе сухой почвы.

Объемная влажность – это отношение (в %) объема, содержащейся в почве воды, к объему почвы (Качинский, 1962).

Почвенная влага, наряду с твердой и газовой, является третьей фазой почвы. Без жидкой фазы невозможны биологические процессы в почве, а так же жизнь во всех ее проявлениях (Ревут, 1972).

С. И. Долгов предлагает различать 3 формы почвенной влаги (Рис. 1):

1. Сорбированная (связанная, гидратационная, пленочная). Она удерживается почвой под влиянием сорбционных сил и, следовательно, удерживается поверхностными силами почвенных частиц.

2. Свободная (или жидкая). Она удерживается и движется в почве под преимущественным явлением гравитационных или капиллярных (менисковых) сил в зависимости от степени заполнения почвенных пор водой.

3. Парообразная. Она движется в порах между почвенными частицами и агрегатами, свободными от воды или занятыми воздухом диффузно или в потоках воздуха.

Рис.1. Подразделение почвенных форм влаги по Долгову (Роде, 1965)

Сорбированная (связанная) почвенная влага делится Долговым на прочносвязанную (адсорбированную) и рыхлосвязанную (лиосорбированную).

Адсорбированная вода образуется в почве путем адсорбции молекул воды поверхностью твердых частиц. Эта вода неподвижна, причем толщина пленки находится в обратной зависимости от кривизны (размеров) частиц (Рыжков, 1937 цит. по Ревут, 1972). Количество этой воды отвечает воздушной гигроскопичности почвы.

Лисорбированная вода образуется за счет вторичной ориентации бипольных молекул воды поверх слоя адсорбированных молекул и за счет так называемой осмотической воды (Матсон, 1934 цит. по Ревут, 1972), образующейся при гидратации адсорбированных ионов.

Вся сорбированная вода бывает капиллярноразобщенной и, если отдельные капли, ограниченные менисками, разделены воздухом, то эта вода в жидком состоянии не передвигается. Дальнейшее увеличение количества влаги в почве приводит к сплошному заполнению капилляров водой и к ее капиллярноподвижному и капиллярнолегкоподвижному состоянию, и передвигается под влиянием отрицательного менискового давления.

И, наконец, Долгов выделяет состояние просачивающейся, свободной почвенной влаги, обычно обозначавшейся как гравитационная вода.

Наблюдения показывают, что наличие в почве капельной влаги (гравитационной и, может быть, легкоподвижной капиллярной, по Долгову) губительно действует на почвенных насекомых (Кулагин, 1934 цит. по Ревут, 1972).

Одной из причин неблагоприятного влияния повышенной почвенной влажности на обитающих в ней насекомых является то, что во влажной почве создаются благоприятные условия для развития патогенных для насекомых грибов. Другая причина, связанная с проницаемостью покровов, благодаря которой во влажной почве может наступить увеличение объема насекомого и уменьшение концентрации тканевых и полостных жидкостей. Наконец, третьей и наиболее существенной причиной является то, что при высокой влажности почвы в ней ухудшается аэрация.

Недостаток влаги особо существенен в тех случаях, когда почва теряет всю воду кроме гигроскопической влаги. При влажности, более высокой, чем максимальная гигроскопичность, воздух в почве насыщен или очень близок к насыщению водяными парами. При более низких влажностях почвы в почвенном воздухе создается дефицит влаги. Такой дефицит создается только в верхних горизонтах почвы в аридных местностях и лишь временно – в сухие периоды года. Только в таких условиях для почвенных организмов создается серьезная угроза гибели от высыхания, обычно отсутствующая в почве.

Однако большинство обитателей почвы требует для своего существования более высоких влажностей, что связано либо с характером питания, либо с присущим почвенным организмам поглощением влаги за счет адсорбции, особенно четко выраженным у развивающихся в почве яиц многих насекомых (саранчовые, хрущи и т.д.).

У каждого вида почвенных насекомых имеются свои определенные предпочитаемые влажности (Принц и Бобинская, 1937, цит. по Гиляров, 1949). В пределах каждой данной местности режим влажности почвы преломляется через ее механический состав, чем, по-видимому, и определяется выбор почв того или иного механического состава каждым видом почвенных насекомых.

Газообразная фаза (почвенный воздух) занимает от 1–50% объема почвы. Известно, что в нормальном состоянии атмосферный воздух обычно имеет следующий средний состав: азот – 78,08 % к объему всего воздуха, кислорода –20,95 , углекислого газа – 0,03 , аргона – 0,93 , на долю неона, криптона, ксенона, озона, радона, водорода приходится всего 0,01 %. Под влиянием процессов, происходящих в почве, почвенный воздух подвергается непрерывным изменениям. Основные изменения в составе почвенного воздуха происходят в процессе жизнедеятельности почвенных организмов, они потребляют кислород и продуцируют углекислоту. Наряду с этим, некоторые микроорганизмы, разлагая углеводы, образуют углекислоту и метан.

Содержание кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе является важным фактором жизнедеятельности почвенных организмов.

Все процессы, улучшающие аэрацию почвы, одновременно ведут к снижению содержания углекислоты и к повышению содержания кислорода в почвенном воздухе.

Во всех случаях, когда в почве воздушный режим нормальный, сумма процентного содержания кислорода и углекислоты приближается к постоянной величине, соответствующей содержанию кислорода в атмосферном воздухе (около 21%). Существенное отклонение этого значения, как правило, свидетельствует о нарушение процессов аэрации.

Все процессы обмена почвенного воздуха и его составляющих с атмосферным воздухом – это и есть аэрация почвы. Однако под аэрацией понимаются процессы двух типов. Одни из них включают явления обмена почвенного воздуха, т.е. одновременно всех газов, его составляющих (воздухообмен).

В отличие от процессов воздухообмена, иногда параллельно с ними, чаще независимо от них, протекают процессы, сущность которых состоит в обмене каждого газа почвенного воздуха с атмосферным – эти процессы известны как газообмен или диффузия газов. Следовательно, аэрация рассматривается как алгебраическая сумма двух процессов.

Процесс воздухообмена. Основными агентами, регулирующими скорость, направление и объем воздухообмена, являются климатогенные факторы:

1. Изменение температуры почвы и атмосферы. Известно, что снижение температур обуславливает сжатие газов, а повышение – расширение их. При понижении температуры почвы и сжатии газов возникают условия для поступления новых порций воздуха из атмосферы в почву. При нагревании почвы, наоборот, из почвенных пор вытесняется соответствующая порция воздуха из почвы в атмосферу. Эти процессы приобретают важное значение благодаря наличию суточного хода температур: нагреванию верхних слоев почвы днем и остыванию ночью.

2. Изменения влажности почвы (атмосферные осадки, орошение, испарение, конденсация влаги). Поступление воды в почву приводит к вытеснению воздуха из пор. По мере вытеснения или потребления растениями в результате стекания влаги из верхних в нижние слои почвы взамен воды в освободившейся поры устремляется воздух из атмосферы. Поэтому не вызывает сомнений тот факт, что изменение влажности является реальным физическим фактором воздухообмена в почве.

3. Изменение барометрического давления. При повышении барометрического давления происходит расширение почвенного воздуха и вытеснение части его в атмосферу. Естественно, что в результате изменения барометрического давления происходит воздухообмен.

4. Действие ветра. Ветер часто обуславливает возникновение градиента давлений и может служить причиной дополнительной аэрации.

Диффузия газов – основной фактор аэрации почвы. Под диффузией газов обычно понимают перенос массы газа или пара, возникающий из-за различий в концентрации или парциального давления.

Разность парциальных давлений кислорода и углекислоты в атмосферном и почвенном воздухе и является главной причиной непрерывно идущей диффузии и газообмена. Так как диффузия направлена в сторону меньшей концентрации газов или меньших парциальных давлений, то под ее влиянием углекислота непрерывно движется в атмосферу, а кислород, наоборот – из атмосферы в почву (Ревут, 1972).

Хорошая аэрация является необходимым условием поддержания биологической активности почвы.

Важная характеристика почвы — уровень ее кислотности (рН), измеряемый по шкале от 1 до 14. Почвенная вода в зависимости от ионного состава растворимых соединений может иметь нейтральную, кислую или щелочную реакцию.

Кислая реакция особенно характерна для почв богатых гумусом (подзолистые, серые лесные, торфяно-болотные, а так же красноземы и желтоземы), образующихся в условиях повышенной влажности и недостаточной аэрации.

Щелочная реакция встречается в почвах сухих степей, полупустынь (каштановые, солонцеватые, сероземы, серо-бурые).

Нейтральная и слабощелочная реакции характерны для чернозема (Гиляров, 1949) (Табл.2).

Классификация почв по кислотности и щелочности (по Гилярову, 1949)

Различают две формы почвенной кислотности – актуальную и потенциальную.

Актуальная (активная) кислотность почвы обусловлена наличием водородных ионов (протонов) в почвенном растворе. Определяется обычно при взаимодействии почвы с дистиллированной водой и выражается показателем рН. Показатель актуальной кислотности очень динамичен, нестабилен, зависит от многочисленных реакций, постоянно совершающихся в почве.

Потенциальная кислотность (скрытая, пассивная) обнаруживается при взаимодействии почвы с растворами солей. Природа ее сложная. Носителями потенциальной кислотности являются обменные катионы водорода (H+), алюминия (А13+) почвенных коллоидов (Лозе, Мотье, 1998).

Реакция почвенного раствора связана с влажностью и аэрацией.

Для конкретного вида насекомых характерны соответствующие значения почвенной кислотности. Так на кислых переувлажненных луговых почвах с pH 4-5,2 преобладают личинки темного (A. obscurus) и полосатого (A. lineatus) щелкунов, тогда как на капустном поле с pH 8,1 встречались личинки щелкунов из рода лимониус. Личинки хлебных жуков (Anisoplia austriaca) и мраморных хрущей (Polyphylla fullo) предпочитают почвы со слабокислой или щелочной реакцией (pH 6-8).

Серьезное влияние на почвенное население может оказывать и другой фактор химизма почв – концентрация солей. Влияние солевого режима на почвенное население (как и влияние кислотности), в значительной мере определяется проницаемостью кутикулы.

По отношению к солености, живые организмы делятся на пойкилогалинных (концентрация солей в гемолимфе и тканевых жидкостях зависит от концентрации солей в окружающей среде), и эвригалинных (концентрация солей в гемолимфе и тканевых жидкостях не зависит от концентрации солей в окружающей среде).

Различные ионы оказывают неодинаковое влияние на почвенных животных. Однако следует отметить, что соли, даже наиболее сильно действующие на личинок щелкунов и хрущей (хлористый калий), оказывают летальное влияние лишь при концентрациях, обычно в почвах не наблюдающихся. Даже искусственное внесение в почву минеральных удобрений оказывает токсическое действие на почвенных насекомых лишь в дозировках, губительных и для большинства культурных растений. Соленость почв подвергается постоянным колебаниям и зависит от степени увлажнения – повышается при высыхании почвы, и уменьшается при выпадении осадков (Гиляров, 1949).

Источник