Почва — живой организм
Почва — это живой организм, состоящий из бесчисленных микроскопических живых существ. Число и разнообразие живых микроорганизмов в почве неизмеримо. В 1 г. почвы содержатся миллиарды бактерий, грибков, водорослей и других организмов, а кроме того, великое множество дождевых червей, мокриц, многоножек, улиток и других почвенных организмов, которые в результате процесса обмена веществ перерабатывают отмершие белковые организмы и другие органические остатки в питательные вещества, доступные для усвоения растениями. Благодаря их деятельности в почве из исходного растительного и белкового материала образуется гумус, из которого в результате соединения с водой и кислородом высвобождаются питательные вещества для растений. Рыхлая структура почвы также достигается во многом благодаря деятельности
почвенных организмов, которые естественным образом перемешивают минеральные и органические вещества, вырабатывая новую обогащенную субстанцию. Это значительно повышает плодородие почвы. Изучением почвообитающих животных занимается специальная отрасль науки — почвенная зоология, сформировавшаяся лишь в нашем столетии. После того как специалисты разработали методы учета и фиксации животных, что связано со значительными техническими трудностями, глазам зоологов предстало целое царство существ, разнообразных по строению, образу жизни и своему значению в естественных процессах, происходящих в почве. По биологическому разнообразию животный мир почвы можно сравнить разве что с коралловыми рифами — классическим примером наиболее богатых и разнообразных природных сообществ на нашей планете.
Среди них и крупные беспозвоночные типа дождевых червей, и микроорганизмы, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Помимо мелких размеров (до 1 мм) большинство почвообитающих беспозвоночных животных имеет и незаметную окраску покровов тела, беловатую или серую, поэтому разглядеть их можно только после специальной обработки фиксаторами, под лупой или микроскопом. Микроорганизмы составляют основу животного населения почвы, биомасса которой достигает сотни центнеров на гектар. Если говорить о численности дождевых червей и других крупных беспозвоночных, то она измеряется десятками и сотнями на один квадратный метр, а численность мелких и микроскопических организмов достигает миллионов и миллиардов особей.
К примеру, простейшие и круглые черви (нематоды) с размером тела до 0,01 мм по своей физиологии — типично водные существа, способные дышать кислородом, растворенным в воде. Мельчайшие размеры позволяют им довольствоваться микроскопическими капельками влаги, заполняющей узкие почвенные полости. Там черви передвигаются, находят пищу, размножаются. При пересыхании почвы они способны длительное время находиться в неактивном состоянии, покрываясь снаружи плотной предохранительной оболочкой из застывающих выделений.
Из почвенных организмов покрупнее можно назвать почвенных клещей, ногохвосток, мелких червячков — ближайших родственников дождевых червей. Это уже настоящие сухопутные животные. Они дышат атмосферным кислородом, заселяют воздушные внутрипочвен-ные полости, корневые ходы, норы более крупных беспозвоночных. Мелкие размеры, гибкое
Почвенные организмы являются жизненно необходимым звеном в замкнутом цикле обмена веществ. Благодаря их жизнедеятельности все продукты органического происхождения разлагаются, перерабатываются и приобретают доступную для растений минеральную форму. Минеральные вещества, растворенные в воде, поступают из почвы к корням растений, и цикл начинается сначала
тело позволяют им использовать даже самые узкие промежутки между почвенными частицами и проникать в глубокие горизонты плотных суглинистых почв. Например, панцирные клещи уходят вглубь на 1,5—2 м. Для этих мелких почвенных обитателей почва также не плотная масса, а система ходов и полостей, соединенных между собой. Животные обитают на их стенках, как в пещерах. Переувлажнение почвы оказывается столь же неблагоприятным для ее обитателей, как и пересыхание. Хорошо различимы почвенные беспозвоночные с размерами тела крупнее 2 мм. Здесь можно встретить разнообразные группы червей, наземных моллюсков, ракообразных (мокрицы, бокоплавы), пауков, сенокосцев, лож-носкорпионов, многоножек, муравьев, термитов, личинок (жуков, двукрылых и перепончатокрылых насекомых), гусениц бабочек Дождевые черви и некоторые личинки насекомых имеют сильно развитую мускулатуру. Сокращая мышцы, они увеличивают диаметр своего тела и раздвигают почвенные частицы. Черви заглатывают землю, пропускают ее через свой кишечник и продвигаются при этом вперед, как бы «проедаясь» сквозь почву. Позади они оставляют свои экскременты с продуктами обмена и слизью, обильно выделяемой в полости кишечника. Этими слизистыми комочками черви покрывают поверхность хода, укрепляя его стенки, поэтому такие ходы долго сохраняются в почве.
А личинки насекомых имеют особые образования на конечностях, голове, иногда на спине, которыми они действуют, как лопатой. Например, у медведок передние ноги превращены в сильные орудия копания — они расширены, с зазубренными краями. Эти скребки способны рыхлить даже очень сухую почву. У личинок же
хрущей, роющих ходы на значительную глубину, орудием рыхления служат верхние челюсти, которые имеют вид треугольных пирамидок с зубчатой вершиной и с мощными гребнями по бокам. Личинка ударяет этими челюстями в почвенный комочек, разбивает его на мелкие частицы и подгребает их под себя. Другие крупные обитатели почвы живут в уже имеющихся полостях. Они отличаются, как правило, очень гибким тонким телом и могут проникать в очень узкие и извилистые ходы. Роющая деятельность животных имеет большое значение для почвы. Система ходов улучшает ее аэрацию, что благоприятствует росту корней и развитию аэробных микроби-альных процессов, связанных с гумификацией и минерализацией органического материала. Недаром Чарльз Дарвин писал, что задолго до того, как человек изобрел плуг, дождевые черви научились правильно и хорошо обрабатывать землю. Он посвятил им специальную книгу «Образование почвенного слоя дождевыми червями и наблюдения над образом жизни последних».
Основная роль почвенных организмов заключается в способности быстро перерабатывать растительные остатки, навоз, бытовые отходы, превращая их в высококачественное естественное органическое удобрение биогумус. Во многих странах, в том числе и в нашей, червей научились разводить на специальных фермах для получения органических удобрений. Оценить вклад невидимых тружеников почвы вуюрмировании ее структуры помогут следующие примеры. Так, муравьи, строящие почвенные гнезда, выбрасывают на поверхность из глубоких слоев почвы более тонны земли на 1 га. За 8—10 лет они перерабатывают практически весь заселенный ими горизонт. А пустынные мокрицы поднимают с глубины 50— 80 см на поверхность почву, обогащенную элементами минерального питания растений. Там, где находятся колонии этих мокриц, растительность более высокая и густая. Дождевые же черви способны перерабатывать в год до 110 т земли на 1 га.
Передвигаясь в земле и питаясь отмершими растительными остатками, животные перемешивают органические и минеральные частицы почвы. Затаскивая наземный опад в глубокие слои, они тем самым улучшают аэрацию этих слоев, способствуют активизации микро-биальных процессов, что приводит к обогащению почвы гумусом и питательными веществами. Именно животные своей деятельностью создают гумусовый горизонт и почвенную структуру.
Роль дождевых червей в биологической жизни почвы
Дождевые черви рыхлят почву, проникая в отличие от других почвенных организмов, способных проживать лишь в одном почвенном слое, в разные слои почвы. Через проделанные червями отверстия к корням растений проникают воздух и вода.
Дождевые черви способствуют обогащению почвы кислородом, что предотвращает процессы гниения органического материала
: Дождевые черви поглощают органические остатки, вместе с которыми в пищеварительный тракт попадают минеральные частицы, крупицы глины, почвенные водоросли, бактерии, микроорганизмы. Там этот разнородный материал перемешивается и перерабатывается, благодаря обменным процессам, дополняется выделениями кишечной микрофлоры червя, приобретая новое состояние, и затем в виде помета попадает в почву. Это качественно улучшает состав почвы и придает ей склеенную комковатую структуру.
Человек научился обрабатывать почву, удобрять ее и получать высокие урожаи. Заменяет ли это деятельность почвенных организмов? В какой-то степени да. Но при интенсивном землепользовании современными методами, при перегрузке почвы химикатами (минеральные удобрения, пестициды, стимуляторы роста), при частых нарушениях ее поверхностного слоя и уплотнении его сельскохозяйственными машинами возникают глубокие нарушения естественных процессов, которые ведут к постепенной деградации почвы, снижению ее плодородия. Завышенные количества минеральных удобрений отравляют землю и убивают ее биологическую жизнь. Химобработки уничтожают в почве не только вредителей, но и полезных животных. Для восстановления этого ущерба требуются годы. Сегодня, в период экологизации нашего мышления, стоит задуматься и над тем, какими критериями оценивать ущерб, нанесенный урожаю. До сих пор было принято считать только потери от вредителей. Но давайте же посчитаем и потери, нанесенные самой почве от гибели почвообразователей.
Для сохранения почвы, этого уникального природного ресурса Земли, способного к самовосстановлению своего плодородия, необходимо прежде всего сохранить ее животный мир. Почвенные организмы, почвообразователи делают то, что пока не может делать человек со своей мощной техникой. Они нуждаются в стабильной среде. Им необходимы кислород в системе проделанных ходов и запас органических остатков, убежища и ходы, которые не нарушаются человеком. Разумное ведение хозяйства, щадящие методы обработки почвы и максимальный отказ от химических средств защиты растений означают создание условий для сохранения живого биомира почвы — залога ее плодородия.
Питательные вещества в составе почвы
Все необходимые для жизни компоненты растения могут получать из почвы только в минеральной форме. Питательные вещества, которыми богаты органическая масса, гумус и органические удобрения могут быть усвоены растениями только после завершения процесса разложения органических соединений или их минерализации.
Наличие в почве достаточного количества питательных веществ является одним из главных факторов успешного развития растений. Свою надземную часть, корневую систему, цветы, плоды и семена растения строят из органических веществ: жиров, белков, углеводов, кислот и других веществ, вырабатываемых зеленой листовой массой растений. Для синтеза органических веществ растениям необходимы десять главных элементов, которые называются биогенными. Биогенные химические элементы постоянно входят в состав организмов и выполняют определенные биологические функции, обеспечивающие жизнеспособность организмов. К биогенным макроэлементам относятся углерод (С), кальций (Са), железо (Fe), водород (Н), калий (К), магний (Mg), азот (N), кислород (О), фосфор (Р), сера (S). Часть этих элементов растение получает из воздуха, например кислород и углерод, водород получает при разложении воды в процессе фотосинте-
Процесс обмена питательных веществ
Питательные элементы играют важнейшую роль в цикличном процессе обмена веществ, обеспечивая жизнедеятельность растений. Вода растворяет питательные вещества и микроэлементы, создавая почвенный раствор, который усваивается корнями растений Солнечная энергия способствует преобразованию питательных веществ в результате процесса фотосинтеза, который, в свою очередь, зависит от присутствия в тканях растений ряда микроэлементов, участвующих в образовании окрашенного вещества хлорофилла
за, остальные элементы поступают растению исключительно из почвы в виде растворенных в воде соединений, так называемого почвенного раствора. Если в почве наблюдается серьезный недостаток какого-либо из элементов, растение слабеет и развивается только до определенной стадии, пока не исчерпает свой внутренний биологический запас данного элемента, существующий в тканях растения. После этой стадии растение может погибнуть. Кроме биогенных макроэлементов для развития растения необходимы микроэлементы, содержащиеся обычно в очень маленьком количестве, но тем не менее играющие важную роль в процессах обмена. К микроэлементам следует отнести: алюминий (А1), бор (В), кобальт (Со), медь (Си), марганец (Мп), молибден Мо), натрий (Na), кремний (Si), цинк (Zn). Hei -остаток или избыток микроэлементов приводит к нарушению обмена веществ, что влечет
за собой отставание в росте и развитии растения, снижение урожайности и другие последствия. Некоторые из перечисленных микроэлементов не являются жизненно необходимыми и часто выделяются исследователями в группу так называемых «полезных элементов». Тем не менее их наличие требуется для полноценного развития растения. Все компоненты должны присутствовать в питании растения в сбалансированном виде, так как отсутствие хотя бы одного из главных элементов, как-то азота, фосфора, калия или кальция, неизбежно влечет за собой недостаточность или невозможность усвоения растением остальных трех элементов, а также других питательных веществ. Именно поэтому наличие всех элементов так важно для полноценного усвоения растением всего питательного комплекса.
Способность растений усваивать питательные вещества из окружающей среды определяется качеством и объемом корневой системы. Растения усваивают питательные вещества в течение всей вегетации, но неравномерно. Потребность растений в питательных веществах меняется в различные периоды развития. В период интенсивного роста растения особенно нуждаются в азоте, во время цветения и плодоношения возрастает потребность в фосфоре и калии. Усвоенные питательные вещества избирательно закрепляются в различных органах растений.
Источник
Организмы, обитающие в почве: животный мир, бактерии, грибы и водоросли
Почвенный организм – любой организм, обитающий в почве на протяжении всего или определенного этапа жизненного цикла. Размеры организмов, живущих в почвы варьируются от микроскопических бактерий, перерабатывающих разлагающиеся органические материалы до мелких млекопитающих.
Все организмы в почве играют важную роль в поддержании ее плодородия, структуры, дренажа и аэрации. Они также разрушают ткани растений и животных, высвобождая накопленные питательные вещества и превращая их в формы, используемые растениями.
Есть почвенные организмы вредители, например, нематоды, симфилиды, личинки жуков, личинки мух, гусеницы, корневые тли, слизни и улитки, которые наносят серьезный ущерб сельскохозяйственным культурам. Одни вызывают гниль, другие высвобождают вещества, препятствующие росту растений, а некоторые являются хозяевами организмов, вызывающих болезни животных.
Поскольку большинство функций организмов полезны для почвы, их численность влияет на уровень плодородия. Один квадратный метр богатой почвы может содержать до 1 000 000 000 различных организмов.
Группы организмов почвы
Почвенные организмы обычно делятся на пять произвольных групп в зависимости от размера, самыми маленькими из которых являются бактерии и водоросли. Далее следует микрофауна – организмы менее 100 микрон, питающиеся другими микроорганизмами. Микрофауна включает одноклеточных простейших, некоторые виды плоских червей, нематод, коловраток и тихоходок. Мезофауна несколько крупнее и гетерогенна, в том числе существа, питающиеся микроорганизмами, разлагающимся веществом и живыми растениями. К этой категории относятся нематоды, клещи, ногохвостки, протуры и пауроподы.
Четвертая группа, макрофауна, также весьма разнообразна. Наиболее распространенным примером является молочный белый червь, который питается грибами, бактериями и разлагающимся растительным материалом. В эту группу также входят слизняки, улитки и многоножки, питающиеся растениями, жуками и их личинками, а также личинками мух.
К мегафауне относятся крупные почвенные организмы, такие как земляные черви, возможно, самые полезные существа, которые живут в верхнем слое почвы. Дождевые черви обеспечивают процессы аэрации почвы, разрушая подстилку на ее поверхности и перемещая органическое вещество вертикально от поверхности до подпочвы. Это положительно влияет на плодородие, а также развивает матричную структуру почвы для растений и других организмов. Было подсчитано, что дождевые черви полностью перерабатывают эквивалент всей почвы планеты на глубину 2,5 см каждые 10 лет. Некоторые позвоночные животные также включены в группу почвенной мегафауны; к ним относятся всевозможные роющие животные, такие как змеи, ящерицы, суслики, барсуки, кролики, зайцы, мыши и кроты.
Роль организмов почвы
Одна из наиболее важных ролей организмов почвы заключается в переработки сложных веществ разлагающейся флоры и фауны, чтобы они могли снова использоваться живыми растениями. Они выступают в качестве катализаторов в ряде природных циклов, среди которых наиболее заметными являются углеродные, азотные и серные циклы.
Углеродный цикл начинается с растений, которые используют углекислый газ из атмосферы с водой для получения растительных тканей, таких как листья, стебли и плоды. Далее животные питаются растениям. Цикл завершается после смерти животных и растений, когда их разлагающиеся останки съедаются почвенными организмами, тем самым высвобождая углекислый газ обратно в атмосферу.
Белки служат основным материалом органических тканей, а азот основной элемент всех белков. Наличие азота в формах, которые могут использовать растения, является основным детерминантом плодородия почв. Роль организмов почвы в азотном цикле имеет большое значение. Когда умирает растение или животное, они расщепляют сложные протеины, полипептиды и нуклеиновые кислоты в их организме и производят аммоний, ионы, нитраты и нитриты, которые растения затем используют для создания своих тканей.
Как бактерии, так и сине-зеленые водоросли могут фиксировать азот непосредственно из атмосферы, но это менее продуктивно для развития растений, чем симбиотическая связь между бактериями Ризобий и бобовыми растениями, а также некоторыми деревьями и кустарниками. В обмен на выделения от хозяина, стимулирующие их рост и размножение, микроорганизмы фиксирует азот в клубеньках корней растения-хозяина.
Почвенные организмы также участвуют в серном цикле, главным образом, путем разложения естественно обильных соединений серы в почве, чтобы этот жизненно важный элемент был доступен растениям. Запах тухлых яиц, столь распространенный в заболоченной местности, обусловлен сероводородом, производимый микроорганизмами.
Хотя организмы почвы стали менее важны в сельском хозяйстве из-за развития синтетических удобрений, они играют жизненно необходимую роль в процессе образовании гумуса для лесных массивов.
Опавшие листья деревьев не пригодны в пищу для большинства животных. После того как растворимые в воде компоненты листьев вымываются, грибы и другая микрофлора перерабатывают твердую структуру, делая мягкой и податливой для разнообразных беспозвоночных животных, которые разбивают подстилку на мульчу. Древесные вши, личинки мух, ногохвостки и дождевые черви оставляют относительно неизменный органически помет, но они создают подходящий субстрат для первичных разлагающих, которые перерабатывают его на более простые химические соединения.
Поэтому органическое вещество листьев постоянно переваривается и перерабатывается группами все более мелких организмов. В конечном итоге оставшееся гуминовое вещество может составлять всего одну четверть первоначального органического вещества подстилки. Постепенно этот гумус смешивается с почвой с помощью роющих животных (например, кроты) и под воздействием дождевых червей.
Хотя некоторые почвенные организмы могут стать вредителями, особенно когда одна и та же культура постоянно выращивается на одном поле, поощряя распространение организмов, которые питаются ее корнями. Тем не менее, они являются важным элементом процессов жизни, смерти и распада, омолаживающих окружающую среду планеты.
Источник