Особенности почвы как среды обитания для животных

28. Почва как среда обитания животных. Животный мир почвы. Приспособление животных к жизни в почве. Типы почвенных животных. Почвенные животные и плодородие почвы

Как среда обитания животных почва сильно отличается от воды и воздуха. Почва представляет собой рыхлый тонкий поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Несмотря на незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении жизни. Почва представляет собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро- и макроорганизмов. В почве сглажены температурные колебания по сравнению с приземным слоем воздуха, а наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают режим влажности, промежуточный между водной и наземной средой. В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых отмирающей растительностью и трупами животных. Все это определяет большую насыщенность почвы жизнью.

Всякому животному, чтобы жить, необходимо дышать. Для дыхания в почве иные условия, чем в воде или в воздухе. В состав почвы входят твердые частицы, вода и воздух. Твердые частицы в виде небольших комочков занимают немногим более половины объема почвы; остальной объем приходится на долю промежутков — пор, которые могут быть заполнены воздухом (в сухой почве) или водой (в почве, насыщенной влагой).

Влага в почве присутствует в различных состояниях:

• связанная (гигроскопическая и пленочная) прочно удерживается поверхностью почвенных частиц;
• капиллярная занимает мелкие поры и может передвигаться по ним в различных направлениях;
• гравитационная заполняет более крупные пустоты и медленно просачивается вниз под влиянием силы тяжести;
• парообразная содержится в почвенном воздухе.

Содержание воды неодинаково в разных почвах и в разное время. Если слишком много гравитационной влаги, то режим почвы близок к режиму водоемов. В сухой почве остается только связанная вода, и условия приближаются к наземным.

Состав почвенного воздуха изменчив. С глубиной в нем сильно падает содержание кислорода и возрастает концентрация углекислого газа. В связи с присутствием в почве разлагающихся органических веществ в почвенном воздухе может быть высокая концентрация таких токсичных газов, как аммиак, сероводород, метан и др. При затоплении почвы или интенсивном гниении растительных остатков местами могут возникать полностью анаэробные условия.

Колебания температуры резки только на поверхности почвы. Здесь они могут быть даже сильнее, чем в приземном слое воздуха. Однако с каждым сантиметром вглубь суточные и сезонные температурные изменения становятся все меньше и на глубине 1—1,5 м практически уже не прослеживаются.

Все эти особенности приводят к тому, что, несмотря на большую неоднородность экологических условий в почве, она выступает как достаточно стабильная среда, особенно для подвижных организмов. Понятно, что животные могут сравнительно быстро двигаться в почве лишь в естественных пустотах, трещинах или ранее прорытых ходах. Если ничего этого на пути нет, то продвинуться животное может, только прорывая ход и отгребая землю назад либо заглатывая землю и пропуская ее через кишечник.

Обитатели почвы. Неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных размеров она выступает как разная среда. Для микроорганизмов особое значение имеет огромная суммарная поверхность почвенных частиц, так как на них адсорбируется подавляющая часть микробного населения. Благодаря такому строению почвы в ней живут многочисленные животные, которые дышат через кожу. Больше того, в почве живут сотни видов настоящих пресноводных животных, населяющих реки, пруды и болота. Правда, это все микроскопические существа — низшие черви и одноклеточные простейшие. Они двигаются, плавают в пленке воды, покрывающей почвенные частицы. Если почва высыхает, эти животные выделяют защитную оболочку и как бы засыпают, впадают в состояние анабиоза.

Среди почвенных животных встречаются и хищники и такие, которые питаются частями живых растений, главным образом корнями. Есть в почве, и потребители разлагающихся растительных и животных остатков; возможно, в их питании немалую роль играют и бактерии. «Мирные» кроты поедают огромное количество дождевых червей, улиток и личинок насекомых, нападают они даже на лягушек, ящериц и мышей. Хищники имеются почти среди всех групп беспозвоночных, живущих в почве. Крупные инфузории питаются не только бактериями, но и простейшими животными, например жгутиковыми. К хищникам относятся пауки и близкие к ним сенокосцы

Свою пищу почвенные животные находят либо в самой почве, либо на ее поверхности. Жизнедеятельность многих из них очень полезна. Особенно полезны дождевые черви. Они затаскивают в свои норы огромное количество растительных остатков, что способствует образованию перегноя и возвращает в почву вещества, извлеченные из нее корнями растений.

В почве «работают» не только дождевые черви, но и их ближайшие родственники:

• беловатые кольчатые черви (энхитреиды, или горшечные черви),
• некоторые виды микроскопических круглых червей (нематоды),
• мелкие клещи,
• различные насекомые,
• мокрицы,
• многоножки ,
• улитки.

Влияет на почву и чисто механическая работа многих живущих в ней животных. Они прокладывают ходы, перемешивают и разрыхляют почву, роют норы. Это кроты, сурки, суслики, тушканчики, полевые и лесные мыши, хомяки, полевки, слепыши. Сравнительно крупные ходы некоторых из этих животных уходят вглубь на 1—4 м. В некоторых местах, например в степной зоне, большое количество ходов и нор роют в почве жуки-навозники, медведки, сверчки, тарантулы, муравьи, а в тропиках — термиты.

Кроме постоянных обитателей почвы, среди крупных животных можно выделить большую экологическую группу обитателей нор (суслики, сурки, тушканчики, кролики, барсуки и т. п.). Они кормятся на поверхности, но размножаются, зимуют, отдыхают, спасаются от опасности в почве. Целый ряд других животных использует их норы, находя в них благоприятный микроклимат и укрытие от врагов. Норники обладают чертами строения, характерными для наземных животных, но имеют ряд приспособлений, связанных с роющим образом жизни. Например, у барсуков длинные когти и сильная мускулатура на передних конечностях, узкая голова, небольшие ушные раковины. У кроликов по сравнению с зайцами, не роющими нор, заметно укорочены уши и задние ноги, более прочный череп, сильнее развиты кости и мускулатура предплечий и т. п.

Почва и некоторые из обитающих в ней животных служат средой, в которой развиваются или через которую передаются паразиты и болезнетворные организмы. В почве развиваются яйца и личинки многих круглых червей, например, аскарид и власоглавов, паразитирующих во взрослом состоянии в организме человека и домашних животных. Ими заражаются при употреблении в пищу немытых овощей.

У обитателей почвы в процессе эволюции выработались приспособления к соответствующим условиям жизни:

• особенности формы и строения тела,
• физиологических процессов,
• размножения и развития,
• способности переносить неблагоприятные условия, поведения.

У дождевых червей, нематод, большинства многоножек, у личинок многих жуков и мух сильно удлиненное гибкое тело, позволяющее легко продвигаться в извилистых узких ходах и трещинах почвы. Щетинки у дождевых и других кольчатых червей, волоски и коготки у членистоногих позволяют им значительно ускорять свои движения в почве и прочно удерживаться в норах, цепляясь за стенки ходов. Как медленно ползет червь по поверхности земли и с какой скоростью, в сущности моментально, он скрывается в своей норе. Прокладывая новые ходы, некоторые почвенные животные, например, черви, попеременно вытягивают и сокращают тело. При этом в передний конец животного периодически перекачивается полостная жидкость. Он сильно вздувается и расталкивает почвенные частицы. Другие животные, например, кроты, расчищают себе путь, копая землю передними лапами, превратившимися в специальные органы копания.

Окраска животных, постоянно живущих в почве, обычно бледная — сероватая, желтоватая, беловатая. Глаза у них, как правило, развиты слабо или полностью отсутствуют. Зато очень тонко развились органы обоняния и осязания.

Источник

§ 12. Почвенная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в почве

Оглавление

Общая характеристика почвы как среды жизни

Почва — верхний слой земной коры, обладающий плодородием. Она образовалась в результате взаимодействия климатических и биологических факторов с подстилающей породой (песок, глина). Она является источником минерального питания для растений. В то же время почва — среда жизни для многих видов организмов. Это самая молодая среда жизни на Земле. С момента возникновения она играет важную роль в эволюции органического мира. Для нее характерны следующие свойства: высокая плотность, водный и температурный режим, аэрация (обеспечение воздухом), кислотность (рН), засоленность.

Плотность почвы увеличивается с глубиной и зависит от структуры, которая определяется относительным содержанием в почве песка и глины. Наиболее благоприятна для роста растений почва, содержащая песок и глину примерно в равных количествах. По механическому составу наиболее распространенными являются глинистые (тяжелые), суглинистые и песчаные (легкие) почвы, которые существенно различаются по водному и температурному режиму.

Водный и температурный режим почвы тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Почвенную влагу по степени доступности разделяют на три вида: свободную (гравитационную), капиллярную, пленочную (гигроскопическую).

Свободная вода подвижная, заполняет широкие промежутки между частицами почвы, но не удерживается в ней. Она способна просачиваться вниз под действием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод. Организмы ее легко усваивают. Капиллярная вода удерживается в узких почвенных каналах силами поверхностного натяжения. Она может подниматься к поверхности по порам от грунтовых вод, легко испаряться, свободно поглощаться растениями. Пленочная вода в почве удерживается за счет водородных связей с почвенными частицами и практически недоступна для растений. В глинистых почвах ее содержание достигает 15 %, в песчаных — 5 %. По мере накопления пленочной воды она переходит в капиллярную.

Температурные колебания в почве сглажены по сравнению с приземным воздухом и на глубине 1—1,5 м уже не прослеживаются. Хорошо увлажненные почвы медленно прогреваются и медленно остывают и наоборот. Это обусловлено высокой теплоемкостью воды. Гидротермический режим почвы зависит от структуры почвы и содержания гумуса (органического вещества). Глинистые почвы хорошо удерживают влагу, поэтому хуже прогреваются, но дольше сохраняют тепло, чем песчаные. Темный цвет гумуса способствует лучшему прогреванию почвы, а его высокая влагоемкость — удержанию воды почвой.

Почвенный воздух, также как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Все поры, свободные от влаги, заполнены воздухом. Так происходит аэрация (обеспечение воздухом) почвы. Пористость почвы возрастает от глин к суглинкам и пескам. На легких (песчаных) почвах аэрация лучше, чем на тяжелых (глинистых). Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходные параметры. Однако в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов содержится меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе. Аэрация почвы зависит от ее влажности и температуры. Повышение влажности и температуры почвы ухудшает ее аэрацию и наоборот. С глубиной в почве увеличивается содержание углекислого газа. Указанные факторы являются одними из причин вертикальной миграции организмов в почве.

Кислотность почвы (рН) выражается через рН почвенного раствора (жидкой фазы почвы) — отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.

При рН, равном 7, реакция почвенного раствора является нейтральной, если его значение ниже 7, то почва кислая, если выше 7, то щелочная. Таким образом, чем ниже значение рН, тем выше кислотность почвы.

Растения более чувствительны к рН почвы, чем животные. Для каждого вида растений существует оптимальное значение кислотности почвы, при котором они развиваются наилучшим образом, поэтому pH является одним из наиболее важных показателей качества плодородия. При несоответствии кислотности почвы потребностям растений у них нарушается нормальный процесс питания и некоторые полезные вещества и соединения не усваиваются или усваиваются крайне плохо, в результате чего замедляется рост растений.

*Засоленность почвы характеризуется содержанием в ней легкорастворимых солей в токсичных для растений количествах (> 0,25 %). Примерно четвертая часть поверхности суши имеет засоленные почвы. Много засоленных земель в пустынях, полупустынях, в степях, а также на морских и океанических побережьях.

Засоленные почвы различаются по глубине залегания солевого горизонта, химическому составу засоления и степени засоления. По первому признаку почвы делятся на солонцы — соли расположены в глубоких слоях почвы (80—150 см) и солончаки — содержащие большое количество водорастворимых солей у самой поверхности (до 30 см) и в профиле (30—80 см). По химическому составу солей почвы классифицируются исходя из преобладающих анионов (например, хлоридные, сульфатные).

Причины засоления разные. В засушливых местах, где выпадает мало осадков, соли остаются в верхних слоях почвы, так как слабо вымываются дождевой водой. Почвы морских побережий во время прилива пропитывает соленая морская вода. Соленые брызги прибоя, постоянно оседая на прибрежной полосе, тоже засоляют почву. Причиной засоления может быть и неправильный режим орошения пахотных земель в зоне засушливого климата.

*Адаптации организмов к жизни в почвенной среде

В почве обитает множество видов микроорганизмов, растительных и животных организмов. Почвенные микроорганизмы (бактерии, грибы, протисты) участвуют в почвообразовании, разлагая растительные и животные остатки. В жизни растений почва выполняет функции закрепления, водоснабжения, источника минерального питания. Концентрирование минеральных веществ в почве привело к развитию у растений корневой системы и проводящих тканей. Недостаток воды угнетает рост растений. Причиной нехватки воды может быть недостаточное количество осадков (физическая сухость, адаптации описаны в § 7) или недоступность имеющейся воды (физиологическая сухость). Физиологически сухими являются сильно засоленные почвы. Избыток солей в почве вреден для растений. Во-первых, из засоленной почвы растениям труднее всасывать воду. Во-вторых, поглощая из почвы много солей, растения могут отравиться и погибнуть. Особенно вредны для растений поваренная соль и сода.

Растения, произрастающие на таких почвах, разделяют на две группы: растения-соленакопители и солевыводящие растения.

Растения-соленакопители могут всасывать воду из засоленной почвы. Поглощая и накапливая при этом соли в большом количестве, эти растения не отравляются. Вода достается им с большим трудом, поэтому очень экономно расходуется. Так, у многих видов солянок листья мелкие, а у солероса превратились в маленькие чешуйки, плотно прилегающие к стеблю. Фотосинтез происходит в основном в стебле. Зеленые стебли имеют водозапасающую ткань, как у пустынных суккулентов, но не такие толстые.

Солевыводящие растения не накапливают много солей, хотя и поглощают их довольно много. Капельки соляных растворов выходят через особые железки на листьях. Вода высыхает, а на листьях остается налет солей. Они осыпаются, их сдувает ветер или смывает дождь. Так растение освобождается от лишних солей. К солевыводящим растениям принадлежат травы франкения, кермек и кустарники — гребенщик и лох. Солевыносливые растения лучше растут на почвах, хотя бы немного засоленных, чем на незасоленных.

Животные, обитающие в почве, имеют относительно небольшие размеры тела (личинки насекомых, многоножки, дождевые черви, клещи, ногохвостки, нематоды, кроты, землеройки). Для них характерны разные способы передвижения в почве. Это может быть рытье ходов и нор, как у медведки и крота. Дождевые черви могут раздвигать почвенные частицы и прокладывать ходы. Личинки насекомых способны ползать среди почвенных частиц.

В связи с этим в процессе эволюции у животных выработались соответствующие адаптации. У землероющих организмов появились копательные конечности. У кольчатых червей имеется гидростатический скелет, а у насекомых и многоножек — коготки. Почвенные животные имеют компактное тело округлой, червеобразной формы, способное к изменению толщины, с ненамокающими покровами или покрытое слизью. Жизнь в почве как среде жизни привела к атрофии или недоразвитию органов зрения. У крота крошечные, недоразвитые глаза часто скрыты под складкой кожи. Для облегчения перемещения в узких почвенных ходах шерсть у кротов приобрела способность укладываться в двух направлениях.

Среди почвенных обитателей широко развита сапрофагия — поедание отмерших гниющих остатков других животных и растений и разложение их до минеральных веществ, благодаря чему происходит возобновление плодородия почвы.

Повторим главное. Почва как среда жизни имеет высокую плотность, особый гидротермический режим, аэрацию, реакцию среды и засоленность. У растений и животных к жизни в почвенной среде выработались разнообразные адаптации. Для растений почва является источником воды и минеральных веществ, которые они добывают с помощью корневой системы. У почвенных животных тело округлой, червеобразной формы, способно к изменению толщины, имеет ненамокающие покровы или покрыто слизью, появились копательные конечности, гидроскелет, редуцировались глаза.

Проверим знания

1. Перечислите особенности почвы как среды жизни.
2. Охарактеризуйте типы почвенной влаги и их значение для организмов.
3. Назовите типы почв в зависимости от значения рН почвенного раствора.
* 4. Чем отличается почвенный воздух от атмосферного?
*5. Где встречаются засоленные почвы? Каковы причины их засоления?

1. Почему после обильного дождя на поверхности почвы можно увидеть много дождевых червей?
2. Объясните, почему повышение влажности почвы снижает скорость ее прогревания и аэрацию, а снижение влажности — наоборот.
*3. Выберите три верных ответа, в которых указано, чем почвенная среда отличается от наземно-воздушной:
1) низким содержанием кислорода;
2) высокой плотностью;
3) слабыми перепадами давления;
4) высокой степенью прозрачности;
5) резкими изменениями температуры;
6) отсутствием освещенности.

*Индивидуальное домашнее задание. Один ученый-биолог сказал: «Спасая почву, мы спасаем себя и жизнь на нашей планете». Как вы понимаете это выражение? Установите логическую связь между почвой и жизнью на планете Земля.

Источник