Экосистема почвы.
 |
Экосистема почвы основана на динамическом взаимодействии между минеральными частицами, детритом, детритофагами и редуцентами (рис 1).
Минеральные частицы – это песок (2-0,05 мм), пыль (0,05-0,002 мм) и глина (
Улучшение всех свойств почвы происходит при сочетании с ее минеральной частью гумуса. Гумус – это остаток органического вещества после переработки детрита редуцентами.
Естественный процесс проникновения гумуса в почву связан с жизнедеятельностью почвенных организмов. Например, дождевые черви перерабатывают до 37 тонн почвы в год на одном гектаре. При этом образуется почвенная структура (рыхлая комковатость).
Гумус обладает феноменальной, в сотни раз большей, чем у глины, способностью удерживать воду и биогены, а почвенная структура улучшает инфильтрацию, аэрацию и обрабатываемость. Экспериментально доказано, что удаление верхнего слоя почвы (так называемого пахотного слоя) приводит к снижению урожая на 85%.
Однако гумус не вечен. Будучи органическим веществом, он постепенно разлагается со скоростью 20 – 50% своего объема в год. Следовательно, без периодического поступления детрита, гумус постепенно разрушается. При этом будут утрачены почвенная структура и все свойства, которые она обуславливает. Такой процесс называется минерализацией.
Источник
Лекция 18. Экосистема почвы
1. Абиотические компоненты экосистемы почвы
2. Биотический компонент экосистемы почвы
3. Структура экосистемы почвы
4. Трофическая структура
5. Особенности круговорот веществ в экосистеме почвы
1. Абиотические компоненты экосистемы почвы
Почва как среда жизни обладает следующими характеристиками: мало света, недостаток кислорода, обилие углекислого газа. В почве для живых организмов лимитирующим фактором является влажность. Обитатели почв называются геобионтами.
Основным источником пополнения водных запасов растений является почвенная влага. Различают три основные категории почвенной воды, отличающиеся по механизму удержания ее почвой: гравитационную, капиллярную и связанную. Разные формы почвенной влаги в неодинаковой степени доступны растениям. Наиболее легко усваивается гравитационная вода, с большим трудом – капиллярная. Вся влага, удерживаемая в почве силами, превышающими осмотическое давление клеточного сока зоны всасывания корня, не может поступить в растение.
На засоленных почвах растения страдают от недостатка воды даже в том случае, когда воды в почве много. Из-за высокой концентрации почвенного раствора вода оказывается недоступной для растений. На таких почвах могут расти только солеустойчивые растения – галофиты.
Влажность почвы, запасы доступной влаги определяются не только особенностями растительного покрова, но и рядом других причин – близостью грунтовых вод, механическим составом почвы, отношением количества осадков к испаряемости.
Гумус обусловливает более темную окраску почвы по сравнению с горной породой, из которой она образуется. В зависимости от характера растительности, климатических условий, особенностей почвообразующей породы почвы имеют различную мощность – от нескольких сантиметров до 1,5-2,0 м.
Под влиянием воды, взаимодействий между различными минеральными и органическими веществами происходит разложение исходных и образование новых веществ. Вещества, входящие в состав почвы, имеют различную растворимость в воде и с различной силой удерживаются почвенными коллоидами. Опускаясь или поднимаясь в виде растворов по почвенной толще, они выпадают из растворов в осадок на разной глубине. С этим связано расчленение почвы по вертикали на горизонтальные слои, которые называются генетическими горизонтами. Переходы между генетическими горизонтами чаще всего бывают постепенными, нерезкими. Наиболее богаты питательными веществами верхние горизонты почвы.
Температура почвы в лесу значительно ниже температуры воздуха. Так, по нашим наблюдениям, в окрестностях г. Саратова в июне в полдень на поверхности почвы она равнялась 22°С, на глубине 5 см 17° С, а дальше снижалась на 1° через каждые 5 см до глубины 20 см. С глубиной различия температуры уменьшаются. В травянистых сообществах температура почвы выше, чем в лесу.
2. Биотический компонент экосистемы почвы
Видовой состав, численность и биомасса почвенных беспозвоночных. Общее число особей беспозвоночных на 1 м 2 в слое почвы до 30 см достигает двух миллиардов и более. Наибольшую численность имеют жгутиковые, корненожки, инфузории, нематоды, клещи, ногохвостки, энхитреиды. Биомасса беспозвоночных может достигать 1,1 т в сухом виде или 3,5 т живого веса на 1 га. Большую часть биомассы составляют дождевые черви, простейшие, энхитреиды, многоножки.
Хотя почвенные беспозвоночные играют большую роль в разложении растительных остатков, однако приоритет в трансформации органического вещества и энергии в почве принадлежит микроорганизмам. Объясняется это, прежде всего, высокой их численностью. Число бактерий достигает 1 млрд, а длина грибных нитей 1000 м в 1 г почвы. Однако микробные клетки мелкие, поэтому общая масса микробного вещества в почве незначительна и составляет в пахотном слое почвы до 5 т на га.
Биомасса микробов очень активна. Суммарная поверхность тел микроорганизмов в пахотном слое 1 га пашни составляет несколько сот гектаров. Это огромная поверхность, соприкасающаяся с почвой, выделяет ферменты и продукты обмена, которые вызывают глубокие изменения органических и минеральных составных частей почвенного слоя.
Среди почвенных микроорганизмов различаются грамотрицательные и грамположительные. К грамотрицательным относятся нефотосинтезирующие и фотосинтезирующие. Наиболее обычными для почв являются следующие нефотосинтезирующие бактерии: псевдомонады (аэробы, факультативные анаэробы, денитрификаторы), бделловибрионы (облигатные внутриклеточные паразиты), азотобактер, клубеньковые бактерии, энтеробактерии, почкующиеся бактерии (Nitrobacter – нитрифицирующий микроорганизм), миксобактерни и цитофаги (очень важные агенты разложения целлюлозы), стебельковые бактерии, спириллы, спирохеты. Грамположительными являются следующие группы микроорганизмов: спорообразующие бактерии (палочковидные формы: аэробы – Bacillus и анаэробы – Clostridium), артробактерии (имеют форму кокков, палочек неправильной формы), актииомицеты.
На основании биологических различий среди почвенных микроорганизмов выделяют четыре группы: неспорообразующие бактерии, спорообразующие бактерии (бациллы), актииомицеты, грибы.
Особенностью почвенного микронаселения можно считать то, что большая часть его представителей находится в почве в неактивном состоянии в виде покоящихся спор, цист и других анабиотических структур или вегетативных клеток в стадии поддержания жизни, но не размножения. Вместе они составляют общий микробный запас, или пул, обеспечивающий гомеостаз системы: определенное содержание гумуса, физиологически активных веществ, минеральных и органических веществ, степень разрушения минералов, величину других физических и химических параметров. Микробный пул поддерживается постоянным поступлением доступных веществ из живых растений в виде корневых выделений или из гумуса за счет наличия в почве внеклеточных гидролитических ферментов. Каждая почва характеризуется определенным пулом микроорганизмов и их метаболитов, главным образом ферментов.
Источник
Почвенная экосистема
На первый взгляд почва может показаться неживой, но если присмотреться, вы обнаружите, что она кишит жизнью. Некоторые животные, обитающие в почве, видны невооруженным глазом, например, дождевые черви и мелкие насекомые. Однако гораздо более многочисленны микроорганизмы, которые вы не видите, такие как бактерии, грибы и нематоды. Все организмы в почвенной экосистеме прямо или косвенно зависят от детрита, разлагающихся останков мертвых растений и животных.
Экосистема
Биологи определяют экосистему как набор организмов и среду, в которой они обитают. Питательные вещества, такие как азот, рециркулируются внутри экосистемы, передаются от одного организма к другому и в конечном итоге возвращаются в исходную точку. Энергия течет только в одном направлении, от источника, такого как разлагающееся растительное вещество, к организмам, которые могут использовать этот источник энергии, а затем, в свою очередь, стать пищей для других организмов. Ни один процесс преобразования энергии не является эффективным на 100 процентов, поэтому значительная часть энергии, которая поступает в почвенную экосистему, в конечном итоге расходуется в виде тепла.
Детрит
Остатки мертвых растений и животных, опавшие листья, навоз и другой органический мусор в совокупности называются детритом. Некоторые организмы, такие как дождевые черви и многоножки, измельчают детрит, что облегчает его переработку микроорганизмами. Бактерии и грибы в почве извлекают энергию и питательные вещества, необходимые им для роста из детрита, когда разлагают его. Конечным продуктом их работы является органическое вещество, называемое «гумусом». Бактерии и грибки могут стать пищей для крошечных нематод и насекомых, которые, в свою очередь, служат пищей для более крупных насекомых или животных, таких как птицы.
Энергия и питательные вещества
Основным источником энергии в этой пищевой сети, основанной на детрите, является солнце. Растения хранят солнечную энергию в виде химической энергии в своих листьях и тканях, и когда почвенные микроорганизмы переваривают разлагающийся растительный материал, они извлекают эту накопленную энергию. Как и в любой другой экосистеме, энергия проходит через пищевую цепочку в одном направлении – от детрита через микроорганизмы к нематодам, насекомым и более крупным животным. Однако питательные вещества циркулируют по экосистеме. Когда какой-либо из организмов в этой пищевой сети умирает, содержащиеся в них питательные вещества возвращаются в почву в виде детрита, чтобы снова пройти тот же путь.
Не все организмы, обитающие в почве, зависят от детрита. Некоторые виды бактерий поддерживают взаимовыгодные отношения с корнями растений в почве, обеспечивая ценные питательные вещества в обмен на пищу. Пищевая сеть на основе детрита имеет решающее значение для здоровья почвы, поскольку она возвращает питательные вещества от мертвых организмов в почву в виде гумуса, тем самым делая его доступным для растений.
Источник
Функциональная роль почв в экосистемах (Курсовик)
1. Свойства и классификация почв
1.1. Понятие и морфологические свойства почв
1.2. Классификация почв
2. Функции почв в наземных экосистемах
2.1 Функции почвы, обусловленные ее физическими свойствами
2.2 Функции почвы, обусловленные ее физико-химическими и
2.3. Информационные функции почвы
2.4. Целостные функции почвы
Введение
Почва – один из важнейших элементов экологической системы Земли. Наряду с солнечным светом, водой, температурой окружающей среды она – компонент внешней среды жизнедеятельности человека. Будучи одним из элементов биосферы, почва во многом определяет гигиеническое состояние внешней среды, оказывая большое влияние на состояние здоровья людей и санитарно-гигиенические условия жизни.
Почва представляет собой совершенно особое природное образование , обладающее только ей присущими строением, составом и свойствами.
Изучение почв необходимо не только для сельскохозяйственных целей, но также и для развития лесного хозяйства, инженерно-строительного дела. Знание свойств почв необходимо для решения ряда проблем здравоохранения, разведки и добычи полезных ископаемых, организации зеленых зон, парков и скверов в городском хозяйстве и т. д.
Однако ценность почвы определяется не только ее хозяйственной значимостью для сельского, лесного и других отраслей народного хозяйства; она определяется также незаменимой экологической ролью почвы как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом. Через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой.
Как неотъемлемый компонент структуры наземных экосистем почва выполняет множество экологических функций, обеспечивающих жизнь обитающих в почве и на почве растительных и животных организмов. Это и дает право называть почву полифункциональной природной системой.
Экологические функции почвы в своем проявлении обусловлены наряду с морфологическими – физическими и химическими свойствами. Плотность почв, степень обводнения почвенных пор, доступность почвенной воды растениям и микроорганизмам, тепловой режим почв – определяют возможность существования на этой почве тех или иных растений, педофауны, микроорганизмов. Также в определенной степени влияют химический состав почв, концентрация растворимых солей, состав обменных катионов, кислотность почв, содержание и состав гумуса и т.п.
Из сказанного выше следует, что почва играет значительную роль в функционировании экосистем, поэтому рассматриваемая тема является достаточно актуальной.
Целью данной курсовой работы является определение функциональной роли почв в экосистемах Земли, для чего необходимо решить следующие задачи:
1) дать определение почве, рассмотреть ее основные морфологические свойства;
2) рассмотреть основы почвенной классификации;
3) изучить функции почв, обусловленные их физическими, физико-химическими и химическими свойствами;
4) изучить информационные, целостные функции почв.
1. Свойства и классификация почв
1.1. Понятие и морфологические свойства почв
Почвой называется самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительных, животных и микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков.
Наука о происхождении и развитии почв, закономерностях их распространения, путях рационального использования и повышения плодородия называется почвоведением .
Основателем почвоведения является выдающийся русский ученый Василий Васильевич Докучаев (1846-1903). Он разработал генетическую классификацию почв и новые методы изучения и картографирования почв в поле. Докучаев открыл основные закономерности географического распространения почв и внес большой вклад в теорию и практику охраны и повышения их плодородия. В.В. Докучаев определил почву как «… поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее сильно окрашены гумусом и постоянно являются результатом взаимной деятельности следующих агентов: живых и отживающих организмов, материнской горной породы, климата и рельефа местности».
К морфологическим свойствам почвы относятся строение почвенного профиля, окраска (цвет) почвы, влажность, механический состав, ее структура и сложение, а также новообразования и включения.
Взаимодействия внутри почвенной системы приводят к видимым изменениям в почвенной массе. В почвенных разрезах вскрывается вертикальная последовательность слоев, называемых почвенными горизонтами, различающимися по набору признаков (например, по цвету, мощности и др.). Каждый горизонт примерно повторяет неровности поверхности. Такая последовательность, включающая все почвенные горизонты, называется почвенным профилем. В пределах распространения почвы определенного типа строение профиля имеет сходные черты. Таким образом, почвенный профиль является главным отличительным признаком типа почвы.
Обычно почва подразделяется на два основных горизонта: верхний, деятельный, и нижний, «подпочвенный». Однако при внимательном изучении почвенного профиля во многих почвах обнаруживается большее число горизонтов, которые обычно обозначаются латинскими буквами А, В и С. Горизонты часто подразделяются на подгоризонты: А1, А2, А3, В1, В2, В3. Горизонты А формируются в верхней части почвенного профиля, а горизонты В — в «подпочвенных» слоях. Горизонт С сложен фрагментами горной породы, называемой материнской породой почвы. Иногда выделяют также горизонты О и R. Горизонт О (или А0) — лесная подстилка, перекрывающая минеральные горизонты многих лесных почв, состоит из опавших листьев. Горизонт R представляет собой породу, подстилающую почвы. Горизонты разных почв отличаются по содержанию органики и глинистых частиц, мощности, цвету и другим признакам.
Цвет почвы – одно из важных внешних свойств ее, наиболее доступных для наблюдения и широко используемых в почвоведении для присвоения названий почвам (чернозем, краснозем, желтозем, серозем и др.).
Окраска горизонта зависит от наличия в почве того или иного количества красящих веществ. Верхние горизонты окрашены гумусом в темные цвета (серые и коричневые). Чем большее количество гумуса содержит почва, тем темнее окрашен горизонт. Наличие железа и марганца придает почве бурые, красные тона. Белесые, белые тона предполагают наличие процессов оподзоливания (вымывания продуктов разложения минеральной части почв), осолодения, засоления, окарбоначивания , т. е. присутствие в почве кремнезема, каолина, углекислого кальция и магния, гипса и других солей.
Рис. 1. Почвенный профиль
Почвы редко бывают окрашены в какой-либо один чистый цвет. Обычно окраска почв довольно сложная и состоит из нескольких цветов (например, серо-бурая, белесовато-сизая, красновато-коричневая и т. д.), причем название преобладающего цвета ставится на последнем месте.
Окраска почв находится в прямой зависимости от ее химического состава, условий почвообразования, влажности .
Влажность не является устойчивым признаком какой-либо почвы или почвенного горизонта. Она зависит от многих факторов: метеорологических условий, уровня грунтовых вод, механического состава почвы, характера растительности и т. д.
Различают пять степеней влажности почв:
1) сухая почва пылит, присутствие влаги в ней на ощупь не ощущается, не холодит руку; влажность почвы близка к гигроскопической (влажность в воздушно-сухом состоянии); 2) влажноватая почва холодит руку, не пылит, при подсыхании немного светлеет; 3) влажная почва – на ощупь явно ощущается влага; почва увлажняет фильтровальную бумагу, при подсыхании значительно светлеет и сохраняет форму, приданную почве при сжатии рукой; 4) сырая почва при сжимании в руке превращается в тестообразную массу, а вода смачивает руку, но не сочится между пальцами; 5) мокрая почва – при сжимании в руке из почвы выделяется вода, которая сочится между пальцами; почвенная масса обнаруживает текучесть.
От влажности почвы значительно зависит степень плотности, пластичности, прочность структуры и т.д. Правильная оценка влажности почвы позволяет установить степень обеспеченности растений водой, а также составить представление о водно-воздушном режиме почвы.
В результате процессов выветривания плотные горные породы превращаются в массу, состоящую из частиц различного размера, которые называются механическими элементами . Механические элементы, близкие по размерам, объединяются во фракции . Совокупность механических фракций представляет механический состав почвы. Группировка механических элементов по размерам называется классификацией механических элементов . В нашей стране у почвоведов широко применяется классификация проф. Н. А. Качинского.
Таблица. Классификация механических элементов почв
Название
механических
элементов
Размер
механических
элементов в мм
Источник