Лекция 2 Биогеоценотические функции почв К группе биогеоценотических функций относятся экологические ф
Работа добавлена на сайт samzan.net:
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПОЧВОВЕДЕНИЕ (Биогеоценотические функции)
Лекция 2
Биогеоценотические функции почв
К группе биогеоценотических функций относятся экологические функции почв, проявляющиеся на уровне взаимодействия конкретного почвенного тела (как элемента экотопа) с биотопом. По типу взаимодействия их подразделяют на: физические, химические, физико-химические, информационные и целостные (по Добровольскому Г.В., 2006).
Физические функции
Жизненное пространство
«Жизненное пространство» – это по сути своей среда обитания, та самая без который сам по себе организм не существует, как указал в своё время Сеченов. Если для первых живых организмов единственной и безоговорочной средой был мировой океан, то к нашему времени в ходе эволюции они заселили и «воздушный океан», и верхние слои литосферы (подчас до нескольких километров вглубь), наконец созданную в результате их жизнедеятельности новую оболочку Земли: педосферу.
Приспособление к новой среде обитания одновременно меняет не только организм, но и саму среду, что и составляет единство и борьбу противоположностей. Взаимные адаптационные изменения привели к возникновению, как новой среды обитания (педосферы), так и специфических видов живых организмов (внутрипочвенных).
В наше время, почва служит жизненным пространством для многих животных. Достаточно сказать, что почти половина всех типов живёт в почве. Из беспозвоночных здесь живут простейшие, плоские и круглые, кольчатые, немертины, моллюски, тихоходки, первично-трахейные, членистоногие. Позвоночные почвенные животные представлены амфибиями, рептилиями, млекопитающими.
С почвой тесно связана подавляющая часть растений, где проходит ранний цикл их развития, а во взрослом состоянии с почвой непосредственно контактируют их подземные органы. Органическое вещество корней колеблется от 20-30 до 90 % по отношению к общей фитомассе.
Наблюдается разная концентрация корней по профилю почвы и изменение глубины проникновения корневых систем с севера на юг. В почвах тундровой зоны основная часть корней обычно сосредоточена в горизонтах подстилки. В подзолистых почвах она также прижата к поверхностным горизонтам. В верхнем 30-50 сантиметровом слое почвы обычно сосредоточено 60-70 % корней. Однако по мере движения с севера на юг отмечается изменение профильного распределения корней, и происходит увеличение глубины их проникновения в почвенно-грунтовую толщу. В засушливых районах корни отдельных растений в поисках влаги могут проникать до глубины 10 м.
Говоря о глубине проникновения корневых систем в почву следует отметить, что она в значительной степени зависит от сложения, плотности, объёмного веса и др. показателей почвы, как сложноорганизованной системы. Корни не могут прорастать сквозь слои почвы, которые чрезмерно уплотнены, они часто вынуждены расти горизонтально вдоль них. Корни растений могут прорастать через жёсткую структуру только если поры не меньше размеров корневых чехликов. В пластичной почве корни могут продвигаться за счёт её раздвигания.
Уплотнённые слои в почве могут возникать из-за разных причин – сплывания при увлажнении, вмывания тонкодисперсного материала сверху с закупоркой пор и др.
Т.о. важно предупреждать образование уплотнённых слоёв с большим объёмным весом в пахотных землях.
Почву как среду обитания активно используют различные микроорганизмы, а также бактерии, актиномицеты, грибы, в меньшей степени водоросли. В состав почвенных м/о входит также неклеточные формы (бактериофаги, вирусы) и некоторые микроскопические животные.
Наиболее многочисленной и разнообразной группой являются бактерии. 50 родов и 250 видов.
Хотя микроорганизмы по сравнению с высшими растениями являются космополитами, всё же отмечается отчётливая зависимость структуры микробиоценозов от почвенных и других условий.
Существенная особенность микробного населения почв – его отчётливая внутрипрофильная дифференциация. Наибольшее кол-во м/о приурочено, как правило, к верхним горизонтам гумусированным и хорошо прогреваемым, причём гетерогенным по своим показателям: например пахотный слой при благоприятных условиях увлажнения соержит в два раза больше микробов чем 20-30 см. Особенно резко изменяется с глубиной содержание водорослей. 35 млн. клеток 0-1 см и 250 тыс. 0-10 см.
Распространённость различных почвообитающих животных неодинакова. В тот или иной период жизни в почве обитает до 95 % насекомых.
Разнообразие почвенной среды обитания – фактор, способствующий проявлению такой общей закономерности, как смена ярусов: многие поверхностны живущие животные переходят к жизни в почве при снижении увлажнения ландшафтов.
Для многих почвообитающих животных характерна смена горизонтов их активности в течение года. В качестве пример, в чернозёмах беспозвоночные животные обитают весной у поверхности, а в засушливый сезон перемещаются вниз по почвенному профили, чем суше, тем глубже.
Жилище и убежище
Наряду с организмами, чья жизнедеятельность непосредственно протекает в почве, как среде обитания, многие жизненные формы живущие или добывающие пищу н поверхности земли, используют почву, как временное, но крайне необходимое на это время, пребывание!
Итак, сущность функции «Жилище и убежище» заключается в том, что почва предохраняет многие живые организмы от переохлаждения и перегрева, защищает от хищников, обитающих на поверхности земли. В отличии от предыдущей функции, речь пойдёт не о живых существах само существование которых зависит от почвы, но лишь о тех из них кто периодически нуждается в ней для защиты от неблагоприятных факторов среды.
Способность почвы выполнять функцию жилища, связана прежде всего с тем, что температура и влажность воздуха в ней подвержены значительно менее резким колебаниями, чем на поверхности земли.
Особенно полезной эта особенность почвы оказывается в экстремальных условиях – в тундре, пустыни, а также в других ландшафтах, в периоды резких изменений погоды.
Особенно наглядно функция жилища и убежища проявляется по отношению к животным, использующим несколько сред, одна из которых почва (полёвка обыкновенная, жёлтый и малый суслик, хомяк, сурок, бурундук и др.). Характерная особенность этих животных – в почве не живут, пищу добывают на поверхности, а в почве укрываются от хищников и непогоды, создавая там пищевые запасы. Многие даже впадают там в спячку.
Подземные жилища грызунов могут иметь сложное устройство. Размеры нор могут различаться от 9 м у суслика, до 15-20 м у сурка (вглубь до 8 м). Пространство, занимаемое подземными сооружениями животных, может быть значительно: 1/3 всей площади леса у кротов, до 15 % объёма 10-см слоя почвы. Используя почву как жилище или убежище, многие животные предъявляют к ней требование как к ландшафту в целом определённые требования.
Хозяйственная деятельность в одних условиях ведёт к созданию неблагоприятных для сусликов условий (крупноконтурная распашка, искусственное орошение и облесение, плановый умеренный выпас и т.п.). Увеличению численности сусликов способствует усиленный выпас, искусственные пожары, мелкоконтурная распашка, создающая открытое пространство для обзора местности и в то же время сохраняющая значительную часть удобных для обитания участков в прилегающей к пашне полосе.
Интересна история появления и распространения сусликов в некоторых районах Беларуссии. Их завёз польский магнат Радзивилл. Животные легко прижились, размножились и в годы первой мировой войны захватили громадные массивы земель, превратившись в серьёзных вредителей. В этот же период серьёзное распространение сусликов отмечено в Ц-Ч области. Потребовались дорогостоящие мероприятия, но главный удар был нанесён восстановлением хозяйства.
Хозяйственная деятельность также влияет на распространение злостного вредителя – хомяка. Хомяк не только поедает культурные растения, но и делает огромные запасы продуктов до 16 кг продуктов. В его продовольственных складах обыкновенно хранится чистое зерно и лишь изредка встречаются целые колосья или головки клевера.
Т.о. знание экологии грызунов, использующих почву как жилище, оказывается важным условием своевременного предотвращения вреда, который они могут нанести с/х растениям. Кроме того, эти знания важны потому, что некоторые обитатели почвы оказываются носителями возбудителей опасных инфекций.
Известны например, значительные миграции грызунов при сильном обводнении местности. Например: Приморский край – долина р. Иман – много бурундуков – массовое переселение наконуне наводнения.
Наряду с грызунами подземные квартиры используют многие позвоночные животные: бобры, выдры, ящерицы (круглоголовка и такырная), змеи (щитомордник и стрела-змея), птицы (каменка и пеганка).
Активно используют почву многие беспозвоночные: черви, насекомые (осы, термиты, пауки, мокрицы, мухи, жуки), Кроме того блохи, мухи и некоторые жуки откладывают яйца в помёт сусликов. Многие насекомые проводят в почве лишь определённую стадию развития. Т.о. «четвёртое» царство природы сравнимо с густонаселённым подземным городом, где проживают и постоянные его обитатели, и те кто трудятся в загородной зоне и те кто находятся здесь лишь ограниченный срок.
Опорная функция
Благодаря этой функции растения могут сохранять вертикальное положение, быть устойчивыми к ветровалам и противодействовать силе тяжести. Главный способ пространственной фиксации – закрепление их в почве с помощью корней, которые образуют многочисленные разветвления.
Изменения опорной функции почв могут вызывать определённые изменения в морфологии и вертикальной ориентации растений, а в ряде случаев влиять на структуру фитоценоза.
В районах распространения вечной мерзлоты на почвах, отличающихся слабой связанностью, часто растёт «пьяный лес». В таких условиях особенно неблагоприятным оказывается нерациональное антропогенное воздействие на ландшафт. Например: пожары в лиственничных редколесьях часто губительны для дальнейшего произрастания лесов. Они наиболее опасны, когда возникают на участках, сложенных суглинками с большим количеством подземных жильных льдов.
Влияние опорной функции на рост и расселение растений отчётливо сказывается в горных породах. Здесь, особенно в местах выхода скальных пород, а также на участках интенсивного осыпания грунта, развитие растительности часто лимитируется неблагоприятными механическими свойствами почвы, которая нередко оказывается не в состоянии служить надёжной опорой для многих видов.
Опорная функция почв проявляется и по отношению к животным, обитающим в ней и живущим на поверхности. Одно из условий расселения ряда почвенных обитателей (сусликов) наличие достаточно плотных, не осыпающихся при рытье почв, обеспечивающих хорошую сохранность ходов и гнездовых камер грызунов. Поэтому в аридных районах суслики предпочитают строить норы на солонцеватых и солонцовых землях.
Существенным, но слабоизученным проявлением опорной функции почвы оказывается влияние её механических свойств на жизнедеятельность многих животных, передвигающихся по поверхности. Очевидно, что особенности поведения наземных животных теснейшим образом связаны с «дорожными» свойствами почв. Например – лось: при необходимости может ходить по болотам с необыкновенной лёгкостью, это даёт ему возможность вести борьбу со злейшим врагом - лесным оводом (забирается в носовую полость и откладывает там личинки). Попадая на сырую землю и в почву личинки овода погибают, поэтому особенно многочисленны оводы бывают после сухого лета, когда пересыхают болота и лось не в состоянии предпринять профилактических мер.
Функция сохранения и депо семян и других зачатков
Данная функция почв до настоящего времени не рассматривалась и не изучалась сколько-нибудь целеноправлено и систематически, хотя различные её стороны освещены отдельными наблюдателями.
Благодаря своим свойствам большинство почв оказывается не только жизненным пространством, пригодным для обитания многочисленных видов наземных организмов, но и средой, в которой сохраняются семена и другие зачатки.
На поверхности почвы и в свежем опаде перезимовывают семена высших растений, с тем чтобы на будущий год дать новое потомство. В почве долгое время сохраняются цисты, споры и яйца беспозвоночных. Дождевые черви откладывают яйца в кокон, образуемый из слизистых выделений кожных желез. Благодаря отсутствию резких перепадов температуры и влажности в почве коконы хорошо сохраняются.
Срок хранения семян в почве может достигать ряда лет (десятки и сотни). Особенно длительно сохраняются м/о в состояние анабиоза в условиях многомёрзлых почв и грунтов – сотни лет и тысячелетия. Такое явление имеет огромное научное и прикладное значение!
То что почва оказывается благоприятным местом для длительного сохранения зачатков организмов в жизнеспособном состоянии, связано с особенностями её как среды обитания, среди которых выделяются значительная изолированность и защищённость её от резких изменений воздушной среды, а также значительно меньшее содержание в почвенном воздухе кислорода. Полагают, что именно отсутствие предпосылок для окислительных процессов позволяет жизнеспособным структурам долгое время находится в состоянии анабиоза.
Наличие предпосылок для сохранения в почве зачатков организмов приводит к их накоплению, в результате чего почва начинает выполнять функцию депо семян и других зачатков. Некоторые исследования позволяют утверждать, что данная функция играет важную роль во многих биогеоценотических процессах, а её изучение помогает полнее понять жизнь экосистем суши Земли. Например: быстрое зарастание вырубок и гарей. Почвенный запас семян в лесу – важный, интересный и ещё мало изученный вопрос.
Важное проявление почвенной функции сохранения и депо зачатков растений – наличие в большинстве почв избыточного пула (запаса) микробов, не обеспеченных органическим веществом и другими элементами питания. – Сезонные вспышки активности, богатый генофонд и др. (Добровольский, Никитин, 2006).
Лекция 3
Химические и биохимические функции
Почвенный источник питательных элементов и соединений
Это одна из наиболее важных функций, для изучения которой проводились многочисленные агрохимические исследования. Питательные элементы почвы имеют решающую роль создании биологической продукции. Именно они поглощаются растениями, являющимися исходным звеном в трофических цепях. Прямое же использование достаточно сложных химических соединений для растительных организмов обычно не существенно.
Подавляющая часть растений обитают одновременно в двух средах: в почве и в нижнем слое атмосферы. Главным поставщиком кислорода и углерода является атмосфера, но основным источником всех остальных элементов – почва! Из почвы помимо воды растения получают азот (аммонийный и нитратный), фосфор (моно- и ди-), калий, кальций, магний, серу, железо, марганец, медь, молибден, бор, цинк и др.
В ходе эволюции произошла взаимная подгонка почв и поселяющихся на них фитоценозов в целях оптимизации миграции вещества. Для сельскохозяйственных растений – картина иная. Отчуждение с урожаем большой доли биомассы, а также возделывание растений на почве, где они изначально не произростали, ведёт к тому, что пахотные земли без спец-тех мероприятий не в состоянии поддерживать их плодородие и снабжение растений необходимыми им элементами.
Фундаментальные агрохимические исследования Соколова, Петербургского, Авдонина, Пейве, Рассела, Минеева и др. показали, что для эффективного использования сель.-хоз. угодий в первую очередь следует поддерживать в почве достаточное количество всех основных элементов питания в доступных для усвоения формах.
Депо влаги, элементов питания и энергии
Сущность этой функции состоит в том, что почва имеет резерв названных компонентов, который используется организмом при израсходовании наиболее легкодоступных запасов. Почвенное депо образуют соединения, законсервированные в аморфных, кристаллических формах и коагулированных гумусовых кислотах, подвижные соединения и влага, находящиеся в глубоких горизонтах и др.
Наличие депо обеспечивает существование организмов несмотря на периодически возникающие перерывы в поступлении в почву влаги, растительного опада и удобрений.
В случае, когда почвенное депо невелико, в снабжении организмов часто наступают перебои. На таких почвах могут существовать в основном виды, приспособленные к резким колебания гидротермического и пищевого режимов. Примером почв со слаборазвитым депо являются таёжные почвы, сформировавшиеся на кварцевых песках, на которых произрастает неприхотливая сосна обыкновенная.
При наличии достаточно мощного депо можно выращивать и собирать на почвах высокие урожаи, не внося при этом значительного количества удобрений. Например Ротамстедская опытная станция (Англия): 100 лет не вносили не органических ни минеральных удобрений но при этом урожайность составила 25% от урожаев европейских стран. Урожай корнеплодов на той же станции составил 10% от нормального.
Ясное дело, что только за счёт почвенных резервов не возможно бесконечно получать высокие урожаи. И вышеприведённый пример показывает это вполне наглядно. Однако как в естественных экосистемах так и в агроценозах почвенное депо выполняет роль буфера помогающего устранять перебои в питании растений в случае экстремальных или критических значений того или иного внешнего фактора. Слаборазвитое почвенное депо либо его полное отсутствие приведут к высокой степени уязвимости экосистем и невозможности ею быстро восстанавливаться после экстремальной жары, наводнения, пожара и других стихий.
В агроценозах, при отсутствии в почвах достаточного пищевого запаса, культуры полностью зависят от насыщенности ППК элементами питания, который для получения стабильных урожаев должен регулярно пополняться внесением удобрений, поскольку некоторые катионы (например К) могут полностью удаляться с одним большим урожаем. Роль пищевого депо, проявляется также и в механизме перевода потенциально доступных элементов питания в легкоусвояемую форму. От эффективности действия данного механизма напрямую зависит плодородие почв. Например органически связанный азот в почве не представляет для растений никакой ценности, пока этот азот не будет переведён в минеральную ионную форму.
Стимулятор и ингибитор ряда биохимических процессов
Данная функция почвы обусловлена тем, что в неё поступают разнообразные продукты метаболизма растений, микробов, животных которые могут стимулировать или угнетать жизнедеятельность живых организмов.
В настоящее время накоплен значительный материал по взаимному влиянию живых организмов посредством поступающих в почвенную и воздушную часть биогеоценоза метаболитов. В качестве примера можно привести почвоутомление, когда почвы снижают свою продуктивность несмотря на достаточное количество в них элементов питания и благоприятные климатические условия. Обычно это происходит при возделывании монокультуры. Причиной почвоутомления могут выступать специфические патогенные микроорганизмы, паразитирующие на определённых видах растений. В ряде случаев оно связано с увеличением засорённости посевов сорняками и ухудшением водно-воздушного режима почвы.
Нередко отмечается угнетение растений под действием корневых выделений. Угнетение одного вида другим неоднократно наблюдалось у лесных насаждений (рис. 11). Выделение определённых растений могут влиять на развитие других растительных организмов не только отрицательно, но и положительно. Так, при исследовании взаимоотношений древесных пород установлено положительное влияние на дуб выделений липы мелколистной и клёна остролистного. Отмечено также положительное биохимическое взаимовлияние сосны и лиственницы (таблица 20).
Часто наблюдается и безразличное отношение растений как к собственным, так и к чужим корневым выделениям: конопля, картофель, пшеница, ячмень, кукуруза не проявляют признаков самоотравления (Иванов, 1973). Индифферентны к выделениям друг друга дуб и ель.
Примером влияния метаболитов на пищевой режим почвы может служить усвоение элементов питания из нерастворимых органических веществ под действием внеклеточных ферментов растений и микроорганизмов. Кроме того, корни растений выделяют органические кислоты (яблочную, щавелевую, янтарную и др.), с помощью которых происходит растворение и усвоение ряда минеральных соединений из почвы (Колесниченко, 1976, Остроумов, 1986).
Давно известно под воздействием выделений живых организмов может изменяться рН почвенных растворов. Например, общеизвестен подкисляющий эффект корневых систем хвойных растений.
В зоне распространения корней сосны концентрация водородных ионов на 0,2-0,4 (иногда на 0,5-0,8) выше чем за её пределами (Ковда, 1973).
Активаторно-ингибиторная функция зависит не только от характера метаболитов живых организмов, поступающих в почву, но и от динамики других её компонентов. Большое значение имеет изменчивость влажности почвы, существенно влияющей на динамику метаболитов, поступающих в неё. Установлено, что обмен корневыми выделениями происходит в широком диапазоне почвенной влажности от 25 % до 90 % полной влагоёмкости. Однако наиболее интенсивный обмен корневыми выделениями, и как следствие, их наибольшее участие в биохимических реакциях наблюдаются при влажности 70%.
Лекция 4
Физико-химические функции
Сорбция тонкодисперсного вещества, поступающего из атмосферы, с боковым и грунтовым водным потоком и растительным опадом
Основной механизм данной функции почв – адсорбция коллоидами почвы газов, жидкостей, особенно воды, молекул и ионов веществ, поступающих в почву различными путями. Имеет место также механическое задержание в порах части суспензий и эмульсий и химическое поглощение их почвой при образовании нерастворимых соединений. Выделяют и биопоглотительную способность – удержание элементов м/о, корневыми системами и почвообитающими животными, но это поглощение не есть почвенная функция.
Наибольший интерес представляет адсорбция, размах которой обусловлен огромной активной поверхностью мелкозёма. ПС почв в наибольшей степени зависящая от дисперсности материала, заметно возрастает при утяжелении механического состава почвы. Она существенно зависит и от вещественного состава почвенных коллоидов – от соотношения органического и минерального компонентов и природы глинистых материалов.
ПС почв (основы учения - Гедройц) играет значительную роль в жизни почв и биогеоценозов. Положительный эффект – удержание почвой в состоянии обменного поглощения элементов питания, поступающих в неё и высвобождающихся в ходе выветривания минералов ПОП. Существование организмов в ландшафтах гумидного климата во многих случаях будет крайне затруднено, если питательные соединения немедленно удалятся из почвы выпадающими осадками.
Благодаря сорбционной функции возможна жизнь не только на богатых, но и на бедных по составу почвах («жирный тук» Ломоносов). Так сосновые леса произрастающие на бедных кварцевых песках обеспечиваются большим количеством соединений, поступающих с атмосферными осадками и пылью, которые удерживаются ПРП.
Во многом благодаря сорбционной функции оказывается возможным почти круговой характер естественных биохимических циклов элементов в экосистемах Земли (95-98 % повторяющихся ненарушенных циклов, Ковда В.А. 1975-85).
Сорбционная функция оказывает существенное влияние на снабжение растений элементами питания в культурных агроценозах.
Положительным проявлением сорбционной функции является удержание элементов питания, вмытых в нижние горизонты. Ветселер (62) установил, что нитраты, вымытые из верхних горизонтов, задерживались в нижних вплоть до глубины 3 м. Максимальная концентрация отмечалась на глубине 75-120 см. Этот азот мог быть извлечён неглубоко укоренивающимися культурами, но использовался растениями с глубоко проникающими корнями.
Сорбционная функция почв может давать и отрицательные эффекты: во многих почвенных разностях происходит связывание элементов в малодоступные формы, что начительно снижает эффективность удобрений. Почвы могут также переводить значительное количество воды в труднодоступное состояние (мёртвый запас влаги). Особенно значительные её запасы бывают на почвах тяжёлого гран-состава.
Среди конкретных способов оптимизации ППК следует назвать известкование кислых почв, содержащих повышенное количество обменного водорода и алюминия, гипсование солонцовых почв, обогащение почв гумусом путём внесения навоза, зелёных удобрений, травосеяния, внесения глины, сапропелевого ила, торфа, повышенных доз навоза в песчаные почвы.
Наиболее плодородные почвы страны – чернозёмы, пойменные луговые и лугово-дерновые – характеризуются благоприятным составом ППК с содержанием обменного кальция до 70-80 %.
При рассмотрении ПП способности следует обратить внимание на то, что проявление сорбционной функции вызывает ряд нежелательных явлений в случае загрязнения ландшафтов промышленными отходами, сточными водами и ядохимикатами. Попавшие в почву вредные соединения и элементы часто удерживаются ею долгие годы.
Городские отбросы и сточные воды, применяемые для удобрения, оказывают неблагоприятные влияния на качество урожая и затрудняют их использование в сельском хозяйстве, несмотря на богатство элементами.
Следует отметить возросшее значение соединений, попадающих в почву из атмосферы. Ежегодно в атмосферу земливыбрасывается 5-10 на 10 в восьмой тонн кислот (Ковда, 79), которые выпадают с дождями, а из за задержки в почве происходит выщелачивание Ca, Mg, K, увеличивается общая кислотность, мобилизуются Al, Fe, Mn, мобилизуется P, повышается токсичность Hg, Pb и Cu.
В случае радиоактивных выпадений из атмосферы часть их задерживается на растениях, часть попадает в почву. Интенсивность поступления радионуклидов в растения из почвы обычно меньше, чем при непосредственном загрязнении воздушным путём, что связано с их закреплением мелкозёмом. Однако роль почвенного источника радионуклидов может возрастать при многократном их поступлении на поверхность почвы. В этом случае загрязнение с/х продукции будет пропорционально общему количеству радионуклидов, попавших в почву за все предшествующие годы.
Из конкретных свойст почв существенное влияние на скорость выноса из неё техногенных радионуклидов оказывают их механический состав и рН. С утяжелением состава и уменьшением кислотности радионуклиды удерживаются почвой более продолжительный срок.
Сорбция почвенным мелкозёмом микроорганизмов, обитающих в почве
Эта функция имеет важное значение, так как благодаря ей микроорганизмы защищены от выноса за пределы почвенного профиля с нисходящим током влаги.
Наблюдается отчётливая зависимость процесса сорбции от свойств м/о и особенности сорбента (Звягинцев, 73). Одни м/о поглощаются интенсивно, другие меньше, третьи вообще не поглощаются определённым сорбентом. Поскольку почва гетерогенна – она представляет собой сложный сорбент с различными свойствами отдельных участков поверхности. В ней практически всегда может сорбироваться хотя бы небольшое количество любого м/о.
Несмотря на известную универсальность сорбционной способности почв по отношению к м/о, для неё менее характерна отчётливая изменчивость, определяемая, прежде всего гранулометрическим, вещественным составом почв, а также их генетическими особенностями. Сорбция бактерий почвой возрастает вместе с мех-составом, но эта зависимость не прямо пропорциональна в связи с влиянием др. факторов.
Собция м/о почвой существенно зависит и от их минералогического состава, на первом месте стоят минералы группы монтмориллонита (Звягинцев, 69, Великанов, 69).
Генетические особенности: чернозёмы сорбируют больше микробы клеток, чем дерново-подзолистые и серые лесные. Вообще их обычно сорбируют почвы с тяжёлым гран-составом, большей ёмкостью поглощения и содержанием гумуса.
Сорбционная способность зависит от степени подвижности м/о: подвижные сорбируются слабо, потому как способны противостоять силам адсорбции. Согласно Т.В. Аристовой м/о почв делятся на обитателей твёрдой фазы и обитателей почвенного раствора. Возможно способность сорбироваться – приспособительный признак выработавшийся у м/о в процессе эволюции (Бубенчик Л.И., 1934).
Сорбционной способностью обладают не только живые но и мёртвые клетки. Убитые нагреванием бактериальные клетки в 90 % случаев сохраняют свои сорбционные свойства.
Влияние на сорбцию м/о других факторов: рН – существуют значения максимальной сорбции, есть зависимость от насыщенности ППК катионами. По интенсивности сорбции азотобактер образцы почв образуют следующий ряд: натрий – литий – аммоний – калий – магний – кальций – барий – аллюминий – железо. Таким образом, зависимость сорбции м/о от насыщенности ППК разными катионами подобна влиянию состава ППК на коагуляцию коллоидов.
Сорбция зависит и от контакта между клетками микробов и поверхностью сорбента. При благоприятных условиях может достигать максимума уже через 5-10 мин.
Существенным фактором, влияющим на поглощение почвой и минералами м/о является также размер частиц. Сорбция тем больше, чем меньше размер. Это объясняется: увеличением удельной поверхности на ед. веса, большей склонностью малых частиц образовывать агрегаты, увеличением содержания вторичных минералов, полуторных окислов, органических коллоидов. В подавляющем большинстве случаев имеет место адсорбция.
При характеристике сорбции микробов минералами и почвой необходимо подчеркнуть, что этот процесс не проходит бесследно для жизнедеятельности микроорганизмов.
Опытами показано, что сорбция меняет интенсивность и направленность физиолого-биохимических процессов, осуществляемых м/о и их ферментами. Меняются скорость размножения, размеры и форма клеток. Основная причина данных изменений заключается в специфике условий на поверхности раздела твёрдой и жидкой фаз. Силы адсорбции не оказывают существенного действия на развитие м/о.
Лекция 5
Информационные функции
Функция сигнала для сезонных и других биологических процессов
Данная функция контролируется в первую очередь периодически изменяющимися параметрами почвы – её тепловым, водным, пищевым и солевым режимом. Ведущим фактором пробуждения роста корней в ельнике черничнике-зеленомошнике северной тайги является температура почв. На холодных затапливаемых талыми водами почвах рост ели задерживался на 20 дней, несмотря на то что температура воздуха благоприятствовала вегетации. В холодные годы период роста корней сокращался. Уменьшалась их биомасса на 8-15 %.
В умеренных широтах почва контролирует развитие и других растений, например лиственницы на огромных просторах Сибири. Температура почв как фактор регулирующий некоторые процессы зависит от теплоёмкости и теплопроводности почв, запасов тепла (холода), влажности, температуры воздуха, потока радиации и отражающей способности почвы, интенсивности излучения в ночные часы и др. Данные параметры в многом определяются основными свойствами почвы.Теплоёмкость в зависимости от мехсостава может различаться в пять раз, а в зависимости от влажности – в 15 раз (Чудновский, 99).
В летнее время почва холоднее воздуха, Т в ризосфере в период активной вегетации на 2-5 градусов ниже Т воздуха. Севернее 60 параллели не поднимается выше 12-14 градусов. Существуют также затухающие изменения Т почв. На болотах суточный ход 15-25 см, годовой до глубины 3-3,5 м. Т.О. наиболее важно для глубоко живущих организмов.
Не менее существенна роль и других почвенных факторов, регулирующих сезонное развитие и активность живых организмов, связанных с почвой. Хорошо известно, что в районах недостаточного увлажнения смена фаз развития многих растений в годовом цикле определяется прежде всего динамикой водного режима почв. Ярким примером может служить ускоренное сезонное развитие эфемеров и эфемероидов, обусловленное непродолжительностью периода обеспеченности почв влагой аридных ландшафтов. Развитие яиц насекомых в почве зависит от влажности. Например, у саранчовых начинается только после увеличения влажности выше мёртвого запаса в слое в котором отложены кубышки.
Примером влияния годовой динамики пищевого режима почв на сезонные изменения в развитии биоценозов могут служить колебания численности м/о почв в зависимости от поступления в неё растительного опада (сезонные вспышки численности).
Таким образом, проявление рассматриваемой почвенной функции многогранны и существенны. Данная функция может иметь отношение к самым различным явлениям, протекающим в биоценозах.
Регуляция численности, состава и структуры биоценозов
Одна из важных форм проявления данной функции – воздействие почвенных факторов на формирование конкретной консортивной структуры биоценозов. Многими исследователями доказано, что в консортивных связях различных организмов примат принадлежит в целом высшим растениям. Пространственное же распределение этих растений и особенно их корневых систем в значительной мере определяется реальной динамикой свойств и режимов почвы.
Показано, что в пределах любого типа биоценоза с корнями каждого вида растений связаны специфические комплексы почвообитающих организмов: грибы, ризосферные актерии, фитофаги – нематоды, насекомые и др. Эта приуроченность к корневым системам почвенных организмов особенно наглядна в аридных условиях, где корни локализуются на участках почвы с большим содержанием влаги. Интересно отметить, что в моховой тундре, с иным гидротермическим режимом, имеет место обратная зависимость: гуще заселены участки между подушками мхов (Гиляров, 68).
Отмечают также связь расселения беспозвоночных с отдельными свойствами почв: дифференциация хилопод, пауков, дождевых червей зависит от массы подстилки; проволочников, моллюсков от рН.
Влияние почвы на состав биоценозов известно давно. Важной формой его проявления оказывается воздействие почвы на развитие попадающих в неё семян. Из массы семян, как правило, прорастает лишь часть , что в значительной мере зависит от водно-воздушного, температурного и пищевого режимов почвы, рН, содержания и соотношения в ней метаболитов.
В связи с широким освоением земель и внесением удобрений многие почвы претерпели существенные изменения, что в той или иной фоме сказывается на рассматриваемой функции: термофилы м/о на окультуренных почвах северных широт! Целинные земли обычно отличаются весьма малыми их содержаниями, однако при внесении навоза или компостов может наблюдаться вспышка их численности, причём не редко парадоксально – больше на севере чем на юге, где теплее, но удобрений вносят мало!
Пусковой механизм некоторых сукцессий
Данная функция проявляется в изменении биоценозов в результате засоления или заболачивания почв, и др., которое вызывает стадийное преобразование почвы как среды обитания, порождающее соответствующие сукцессии. В музее Землеведения МГУ наглядна показана последовательная смена елового леса сосново-сфагновым болотным комплексом. По мере нарастания заболоченности почвы наблюдается закономерная смена фитоценозов. В результате имеет место следующий ряд: Ельник кисличник – черничник – долгомошник – сфагновый – сосняк сфагновый – сфагновое болото.
Отмечаются и другие формы проявления данной функции: деятельность почвенных фитофагов может выступать как фактор, определяющий сукцессии растительного покрова (Гиляров М.С., 68). В степи в результате деятельности корневых вредителей некоторые растения погибают, а освободившееся место тут же заселяется другими видами, данной ассоциации. В результате имеет место постоянная смена мелких фитоценотических комплексов в пределах одного биогеоценоза, обеспечивающих его стабильность.
Кроме того, деятельность почвенных фитофагов может вызывать и сукцессии травянистых растительных ассоциаций в целом. Например: сукцессии на лугах Смоленской области, описанные М.Р. Якушевым, 1941. Уничтожение личинками Phyllopertha norticola оказалось первопричиной разрастания мохового покрова и способствовало заболачиванию участка.
«Память» биогеоценоза (ландшафта)
Одна из фундаментальных информационных функций, согласно Арманду Д.Л. – «память ландшафта». Ещё В.В. Докучаев говорил, что «почва – зеркало ландшафта». И в том и в другом случае речь идёт о способности почвы фиксировать коротко- или долгопериодические воздействия факторов почвообразования в виде конкретных почвенных свойств или самого генетического облика данной почвы. Д.И. Берманд и С.С. Трофимов (1974) рассматривают почву как память, в которой зафиксирована программа возможностей функционирования связанных с почвой биоценозов, так как процессы и свойства почвы представляют, по их мнению, механизм, возникший в результате адаптации биоценозов к окружающей среде. Иными словами речь идёт не только о «зеркале» (фиксации почвенным свойством конкретного процесса), но и об обратной связи (реликтовые карбонаты повышают рН современной почвы, являются источником кальция, препятствуя полной смене фитоценоза).
Концепция В.О. Таргульяна и И.А. Соколова (1975) о двуединой природе почвы. Почвенное тело состоит из почвы-памяти и почвы-момента. «Память» - комплекс устойчивых свойств и признаков, возникающих в ходе всей истории её развития, «момент» - совокупность наиболее изменчивых процессов и свойств почвы в момент наблюдения.
Из всех компонентов ландшафта почва обладает наиболее выраженной способностью к отражению факторов географической среды и записывает, хранит в своём генетическом профиле наибольшее количество информации. Благодаря почва-памяти происходит накопление и хранение информации о длительных отрезках в развитии географической среды, а с помощью почво-момента происходит быстрое отражение сиюминутных изменений среды.
В данной концепции важное место занимает вопрос скорости, полноты отражения профилем изменения ландшафта. Поскольку разные свойства и компоненты отражают факторы и процессы с разной скоростью, удобнее всего пользоваться понятием «характерное время» (Арманд, Таргульян, 1974). Под характерным временем какого-либо природного объекта или его отдельных компонентов понимается время которое необходимо для того, чтобы данный объект и его составляющие развивающиеся под влиянием определённых факторов среды. Пришли в равновесие с этими факторами.
Лекция 6
Целостные функции
Трансформация вещества и энергии, находящейся или поступающей в биогеоценоз
Сущность данной функции заключается в преобразовании почвообразовательным процессом исходного вещества материнских пород и продуктов, поступающих с пылью, атмосферными осадками, поверхностными и грунтовыми водами, растительными остатками. В результате этого субстрат почвы приобретает благоприятные свойства для поселяющихся на ней биоценозов.
Например, в горизонтах ответственных за обеспечение растений элементами питания, наблюдается не только накопление в растворимой и обменной форме многих соединений, но и определённое изменение соотношения между рядом элементов по сравнению с тем, которое имелось висходной породе. В связи с этим почвы по сравнению с горными породами оычно содержат больше углерода, азота, фосфора, калия и других элементов, из которых строятся ткани живых организмов. Это оказывается возможным благодаря огромной геохимической работе почв и живого вещества по трансформации материнских пород и органогенных остатков, возникающих в ходе жизнедеятельности организмов. Важный её результат – освобождение в ходе разложения органических остатков энергии, аккумулированной при фотосинтезе (Добровольский, Никитин, 2006).
Санитарная функция почв
В проявлении этой функции намечаются три основных аспекта: первый связан с участием почвенных организмов в деструкции поступающих на поверхность органических остатков. Другой важный аспект санитарной функции – её антисептические свойства, лимитирующие развитие в ней болезнетворных микроорганизмов. И последняя форма проявления этой функции – разрушение почвенными микробами продуктов обмена живых организмов.
Функция защитного и буферного биогеоценотического экрана
Сформировавшиеся в ходе длительной эволюции зональные типы биогеоценозов отличаются значительной устойчивостью. Это оказывается возможным благодаря наличию в них буферных и регуляторных механизмов обратной связи. Данная способность к гомеостатическому регулированию (Шмальгаузен, 1968; Одум, 1975; Фёдоров, Гильманов, 1980; Остроумов, 1986) важна, поскольку обеспечивает поддержание сложившегося функционирования биогеоценозов Земли, что является залогом благополучия биосферы.
В настоящий момент, мы можем выделить только формы проявления буферной функции почв, будучи не в состоянии дать её общую объективную характеристику. Тем не менее не подлежит сомнению, что её роль в жизни биогеоценоза велика. И требует дальнейшего изучения.
Одной из форм её проявления является способность почв нивелировать резкие колебания входных потоков вещества и энергии, что весьма существенно, поскольку состав, структура и функционирование биогеоценоза сохраняются при условии, если варьирование этих потоков не выходит за пределы, называемые «пределами толерантности». Примером такого нивелирования может служить сглаживание почвой больших перепадов влажности и температуры в наземном ярусе биогеоценоза.
Другим примером проявления буферных способностей почв является защита почвой биогеоценозов от механического разрушения под действием различных факторов (воды, ветра, силы тяжести), что достигается за счёт таких свойств почвы, как способность противостоять водной эрозии, удерживать растения в вертикальном положении, противодействовать распылению мелкозёма. Данные свойства, как правило, хорошо выражены у целинных земель, но часто ухудшаются в результате их обработки. Однако, комплекс мелиоративных мероприятий может не только сохранить эти свойства, но и улучшить их, особенно в случае малопродуктивных почв.
2. Дипломная работа- Географія дорожньо-транспортних пригод в Дніпропетровській області
3. Теоретическая и практическая социология
4. службы в государственных и коммерческих структурах
5. Добрая книга 2002
6. это первичная ячейка общества объединяющая супругов и их потомство
7. Обеспечение качества машин
8. НА ТЕМУ- Экономический рост Минск 2011г
9. тема РФ Социальноэкономическая сущность бюджета
10. NAMAZIN S~RL~R~
11. Реферат- О природе социального процесса или актуальная антропология
12. политический режим
13. Тема лабораторной работы Дата сдачи Источник Основы пр
14. Способы введения лекарств рептилиям
15. Варіант 7 1. Сучасний стан екологічних проблем в Україні на прикладі місця проживання району області рег
16. Тема1- Зміст предмет і завдання контролю за діяльністю підприємствrdquo; План- Суть і необхідність
17. на тему- Тепловой и аэродинамический расчет котельной с котлами Д
18. Адсорбційні методи очищення відвідних газів від газоподібних компонентів
19. Рента ЦК України статті 731743 норми якої закріпили поняття і види договору ренти елементи та виконання рент
20. ИНСТИТУТ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КУРСЫ ПО ПОДГОТОВКИ РУКОВОДИТЕЛЕЙ ТУРИСТИЧЕСКИХ ГРУПП ДЛЯ