Почва с экологической точки зрения

Почва — особое природное образование, обладающие рядом свойств, присущих живой и неживой природе, сформировавшееся в результате длительного преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным взаимообусловленным взаимодействием гидросферы, атмосферы, живых и мертвых организмов.

В отличие от воды и атмосферного воздуха, почва является наиболее объективным и стабильным индикатором техногенного загрязнения. Почва четко отражает уровень загрязняющих веществ и их распределение.

Классификация источников загрязнения почвы:

Промышленные предприятия

В твердых и жидких промышленных отходах постоянно присутствуют вещества, способные оказывать токсическое воздействие на живые организмы и растения. Например, в отходах металлургической промышленности обычно присутствуют соли цветных тяжелых металлов. Машиностроительная промышленность выбрасывает в окружающую природную среду цианиды, соединения мышьяка, полиароматические соединения. При производстве пластмасс и искусственных волокон образуются отходы, содержащие фенол, бензол, стирол. При производстве синтетических каучуков в почву попадают отходы катализаторов.

Жилые дома и коммунально-бытовые предприятия

В составе загрязняющих веществ этой категории источников преобладают бытовой мусор, пищевые отходы, строительный мусор и т.п. Все это собирается и вывозится на свалки. Сжигание мусора на городских свалках сопровождается выделением ядовитых веществ, которые оседают на поверхность почв и трудно смываются дождями.

Сельское хозяйство

Загрязнение почвы в сельском хозяйстве происходит вследствие внесения огромных количеств минеральных удобрений и ядохимикатов. Известно, что в составе некоторых ядохимикатов содержится ртуть.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами

Тяжелыми металлами называют цветные металлы, плотность которых больше плотности железа. К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, хром, ртуть. Особенностью тяжелых металлов является то, что в небольших количествах почти все они необходимы для растений и живых организмов. Однако превышение допустимого их количества приводит к серьезным заболеваниям.

Установлено, что ртуть в почву поступает с некоторыми пестицидами, бытовыми отходами и вышедшими из строя измерительными приборами. Например, одна люминесцентная лампа содержит 80 мг ртути. Суммарные неконтролируемые выбросы ртути составляют 4 — 5 тыс. т/год. При постоянном поступлении ртути в организм в малых количествах происходит поражение нервной системы, приводящей к легкой возбудимости и ослаблению памяти.

Весьма токсичным для живых организмов является свинец. Из каждой тонны добываемого свинца до 25 кг его поступает в окружающую среду. Огромное количество свинца выделяется в атмосферу вместе с выхлопными газами автомобилей. Загрязнение почвы и растений свинцом вдоль автомобильных дорог распространяется на расстояние до 200 метров. Попадание свинца в организм человека через сельскохозяйственные продукты может привести к поражению центральной нервной системы, печени, почек и мозга. В промышленных районах содержание свинца в почве в 25 — 27 раз больше, чем в сельскохозяйственных.

Загрязнение почвы медью и цинком ежегодно составляет 35 и 27 кг/км соответственно. Повышение концентраций этих металлов в почве приводит к замедлению роста растений и снижению урожайности сельскохозяйственных культур.

Большую опасность для человека представляет накопление в почве кадмия. Потребляя пищу, содержащую повышенные дозы кадмия, приводит к деформации скелета, снижению роста и сильным болевым ощущениям в пояснице.

При работе двигателей внутреннего сгорания интенсивно выделяются оксиды азота, свинец, углеводороды, оксид углерода, сажа и другие вещества, оседающие на поверхность земли или поглощаемые растениями. В последнем случае эти вещества также попадают в почву и вовлекаются в круговорот, связанный с пищевыми цепями.

Источник

Экология почвы — Soil ecology

Экология почвы — это изучение взаимодействия между почвенными организмами и между биотическими и абиотическими аспектами почвенной среды. Это особенно касается круговорота питательных веществ , формирования и стабилизации структуры пор , распространения и жизнеспособности патогенов , а также биоразнообразия этого богатого биологического сообщества .

СОДЕРЖАНИЕ

Обзор

Почва состоит из множества физических , химических и биологических объектов, между которыми происходит множество взаимодействий. Почва представляет собой разнообразную смесь разрушенных и выветрившихся минералов и разлагающихся органических веществ. Вместе с надлежащим количеством воздуха и воды он частично поддерживает растения, а также обеспечивает их механическую поддержку.

Разнообразие и изобилие почвенной жизни превосходит любую другую экосистему . Закрепление, конкурентоспособность и рост растений во многом определяются подземной экологией, поэтому понимание этой системы является важным компонентом наук о растениях и экологии суши.

Особенности экосистемы

Влага — главный ограничивающий фактор на суше. Земные организмы постоянно сталкиваются с проблемой обезвоживания . Транспирация или испарение воды с поверхности растений — это процесс рассеивания энергии, уникальный для земной среды.
Температурные колебания и экстремумы более выражены в воздухе, чем в водной среде.
С другой стороны, быстрая циркуляция воздуха по всему земному шару приводит к легкому перемешиванию и удивительно постоянному содержанию кислорода и углекислого газа.
Хотя почва обеспечивает прочную опору, воздух — нет. Как у наземных растений, так и у животных развились крепкие скелеты, а также у последних были развиты особые средства передвижения.
Земля, в отличие от океана, не сплошная; на пути к свободному перемещению существуют важные географические барьеры.
Природа субстрата, хотя и важна для воды, особенно важна в земной среде. Почва, а не воздух, является источником очень изменчивых питательных веществ; это высокоразвитая экологическая подсистема.

Почвенная фауна

Почвенная фауна имеет решающее значение для почвообразования , разложения подстилки, круговорота питательных веществ , биотической регуляции и стимулирования роста растений . Тем не менее, почвенные организмы по-прежнему недостаточно представлены в исследованиях почвенных процессов и в существующих моделях. Это является следствием предположения, что значительное разнообразие подземных вод является экологически избыточным и что почвенные пищевые сети демонстрируют более высокую степень всеядности . Однако накапливаются данные о сильном влиянии абиотических фильтров , таких как температура, влажность и pH почвы , а также характеристик среды обитания почвы на управление их пространственными и временными структурами.

Почвы представляют собой сложные системы, и их сложность заключается в их неоднородной природе: это смесь воздуха, воды, минералов, органических соединений и живых организмов. Пространственное изменение, как горизонтальное, так и вертикальное, всех этих составляющих связано с агентами почвообразования, варьирующимися от микро- до макромасштабов. Следовательно, горизонтальное неоднородное распределение свойств почвы (температура почвы, влажность, pH, наличие подстилки / питательных веществ и т. Д.) Также влияет на неоднородность почвенных организмов в ландшафте и является одним из основных аргументов в пользу объяснения большого разнообразия. наблюдается в почвенных сообществах. Поскольку почвы также демонстрируют вертикальную стратификацию своих элементарных компонентов по профилю почвы в результате микроклимата , текстуры почвы , а также количества и качества ресурсов, различающихся между горизонтами почвы, почвенные сообщества также меняются по численности и структуре с глубиной почвы.

Большинство этих организмов являются аэробными , поэтому количество пористого пространства , распределение пор по размерам, площадь поверхности и уровни кислорода имеют решающее значение для их жизненного цикла и деятельности. Самые маленькие существа (микробы) используют микропоры, заполненные воздухом, для роста, тогда как другим более крупным животным требуются большие пространства, макропоры или водная пленка, окружающая частицы почвы, для движения в поисках пищи. Таким образом, текстурные свойства почвы вместе с глубиной грунтовых вод также являются важными факторами, регулирующими их разнообразие, размер популяции и их вертикальную стратификацию. В конечном итоге структура почвенных сообществ сильно зависит не только от естественных факторов почвообразования, но и от деятельности человека (сельское хозяйство, лесоводство, урбанизация) и определяет форму ландшафтов с точки зрения здоровых или загрязненных, девственных или деградированных почв.

Макрофауна

Поскольку все эти движущие силы изменений биоразнообразия также действуют над землей, ожидается, что должно быть определенное согласование механизмов, регулирующих пространственные модели и структуру как наземных, так и подземных сообществ. В подтверждение этого мелкомасштабное полевое исследование показало, что взаимосвязь между неоднородностью окружающей среды и видовым богатством может быть общим свойством экологических сообществ. Напротив, молекулярное исследование 17 516 экологических последовательностей гена 18S рРНК, представляющих 20 типов почвенных животных, охватывающих диапазон биомов и широт по всему миру, показало обратное, и главный вывод этого исследования заключался в том, что разнообразие подземных животных может быть обратно пропорционально взаимосвязано. наземному биоразнообразию.

Отсутствие четких широтных градиентов в области биоразнообразия почв контрастируют с теми четкими глобальными моделями наблюдается для растений над землей и привел к предположению , что они на самом деле контролируются различными факторами. Например, в 2007 году Лозупон и Найт обнаружили, что соленость является главным экологическим фактором, определяющим состав бактериального разнообразия во всем мире, а не экстремальные значения температуры, pH или других физических и химических факторов. В другом исследовании глобального масштаба, проведенном в 2014 году, Tedersoo et al . пришел к выводу, что богатство грибов причинно не связано с разнообразием растений и лучше объясняется климатическими факторами, за которыми следуют эдафические и пространственные закономерности. Глобальные закономерности распространения макроскопических организмов задокументированы гораздо хуже. Однако немногочисленные имеющиеся данные указывают на то, что в больших масштабах почвенные многоклеточные животные реагируют на высотные, широтные или пространственные градиенты так же, как и те, которые описаны для наземных организмов. Напротив, в локальных масштабах высокое разнообразие микробиологических сред обитания, обычно встречающихся в почвах, обеспечивает необходимое разделение ниш для создания «горячих точек» разнообразия всего в одном грамме почвы.

Трудно объяснить не только пространственные закономерности почвенного биоразнообразия, но и его потенциальная связь со многими почвенными процессами и общим функционированием экосистемы остается предметом споров. Например, в то время как одни исследования показали, что сокращение численности и присутствия почвенных организмов приводит к снижению множества функций экосистемы, другие пришли к выводу, что одно только наземное разнообразие растений является лучшим показателем многофункциональности экосистемы, чем биоразнообразие почвы. Почвенные организмы демонстрируют широкий спектр предпочтений в питании, жизненных циклах и стратегиях выживания, и они взаимодействуют в сложных пищевых сетях. Следовательно, видовое богатство само по себе очень мало влияет на почвенные процессы, а функциональное несходство может иметь более сильное влияние на функционирование экосистемы. Следовательно, помимо трудностей, связанных с увязкой надземного и подземного разнообразия в различных пространственных масштабах, для лучшего понимания биотических воздействий на экосистемные процессы может потребоваться включение большого количества компонентов вместе с несколькими мультитрофическими уровнями, а также гораздо менее учтенными. нетрофические взаимодействия, такие как форезия , пассивное потребление.) Кроме того, если почвенные системы действительно самоорганизованы, а почвенные организмы концентрируют свою деятельность в выбранном наборе дискретных масштабов с некоторой формой общей координации, нет необходимости искать для внешних факторов, контролирующих комплексы компонентов почвы. Вместо этого нам, возможно, просто нужно признать неожиданное и то, что взаимосвязь между наземным и подземным разнообразием и почвенными процессами трудно предсказать.

Микрофауна

Недавние успехи связаны с изучением ответов на уровне суборганизмов с использованием ДНК окружающей среды, и различные омические подходы, такие как метагеномика , метатранскриптомика , протеомика и протеогеномика , быстро развиваются, по крайней мере, для мира микробов. Недавно была предложена метафеномика как лучший способ охватить омики и ограничения окружающей среды.

Пищевая сеть почвы

Пищевая сеть почвы состоит из невероятного разнообразия организмов . Они варьируются по размеру от мельчайших одноклеточных бактерий , водорослей , грибов и простейших до более сложных нематод и микро- членистоногих , до видимых дождевых червей , насекомых , мелких позвоночных и растений . По мере того, как эти организмы питаются, растут и перемещаются по почве, они обеспечивают чистую воду, чистый воздух, здоровые растения и умеренный поток воды.

Почвенная трофическая сеть во многих отношениях является неотъемлемой частью ландшафтных процессов. Почвенные организмы разлагают органические соединения, включая навоз , растительные остатки и пестициды , предотвращая их попадание в воду и превращение их в загрязнители. Они улавливают азот и другие питательные вещества, которые в противном случае могли бы попасть в грунтовые воды, а также фиксируют азот из атмосферы, делая его доступным для растений. Многие организмы усиливают агрегацию и пористость почвы , тем самым увеличивая инфильтрацию и уменьшая поверхностный сток . Почвенные организмы охотятся на вредителей сельскохозяйственных культур и являются пищей для наземных животных.

Исследовать

Научные интересы охватывают многие аспекты почвенной экологии и микробиологии. По сути, исследователи заинтересованы в понимании взаимодействия между микроорганизмами , фауной и растениями, биогеохимических процессов, которые они осуществляют, и физической среды, в которой происходит их деятельность, а также в применении этих знаний. для решения экологических проблем.

Примеры исследовательских проектов заключаются в изучении биогеохимии и микробной экологии септических почв дренажных полей, используемых для очистки бытовых сточных вод , роли анековых дождевых червей в контроле движения воды и круговорота азота в сельскохозяйственных почвах и оценки качества почвы при выращивании газонов .

По состоянию на 2006 г. особый интерес представляет понимание роли и функций арбускулярных микоризных грибов в природных экосистемах. Эффект антропных почвенных условий на арбускулярных микоризных грибах, а также производство glomalin по арбускулярным микоризным грибам оба представляет особого интерес из — за их роли в секвестрации углекислого газа в атмосфере .

Источник