2.5. Почвенная среда

Почва – это рыхлый поверхностный слой земной коры, преобразованный в процессе выветривания и населенный живыми организмами, играющий важную роль в наземных экосистемах.

Заселявшие наземно-воздушную среду организмы приводили к возникновению почвы как уникальной среды обитания. Эта верхняя оболочка суши сформировалась в результате жизнедеятельности живых организмов, поэтому является ровесницей сухопутной жизни на планете.

М.В. Ломоносов («О слоях земли») одним из первых писал о происхождении почвы: «…почва произошла от согнития животных и растительных тел … долготою времени…». В конце XIX в. великий русский естествоиспытатель Василий Васильевич Докучаев установил, что почвы представляют собой природные тела и по своим внешним особенностям и свойствам сильно отличаются от горных пород, на которых они образовались.

Недаром В.И.Вернадский относил почву к так называемому биокосному телу. По его определению почва – это неживое, косное вещество, переработанное деятельностью живых организмов. Она сочетает в себе свойства живой и неживой материи. Ее плодородие определяется присутствием обогащенных биогенных веществ.

Почва представляет собой многослойный «пирог» из горизонтов с разными свойствами, состав и толщина которых в разных природных зонах различна. Разнообразие почв мира огромно. Это связано с многообразием сочетания факторов почвообразования: горных пород, возраста поверхности, растительного и животного населения, рельефа. Все эти факторы определяют характерные особенности почвы, которая представляет собой сложную систему, включающую твердую фазу (минеральные частицы), жидкую фазу (почвенная влага) и газообразную фазу. Соотношение этих трех фаз и определяет особенности почвы как среды жизни для живых организмов.

Твердая часть - это минеральные частицы. Они составляют около 60 % почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской породы в результате почвообразовательного процесса. Соотношение этих частиц характеризует механический состав почвы. От механического состава во многом зависят свойства почвы: структура и сложение, пористость – способность аэрации, способность удерживать влагу и питательные вещества. Хорошие почвы содержат примерно одинаковое количество песка и глины; они называются суглинками.

Важной особенностью почвы является также наличие определенного количества органического вещества (до 10%). Оно образуется в результате отмирания организмов и входит в состав их экскрементов (выделений). В результате образуется аморфная масса – гумус (перегной) – тёмно-коричневого или чёрного цвета. Химический состав гумуса – фенольные соединения, карбоновые кислоты, эфиры жирных кислот. В почве частицы гумуса прилипают к глине, образуя единый комплекс. Гумус улучшает свойства почвы, повышая ее способность удерживать влагу и растворённые минеральные вещества. Больше всего гумуса в чернозёмах – 9-12%, иногда до 30%. В болотистых почвах образование гумуса идёт очень медленно. Органические остатки спрессовываются здесь в торф.

Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, - вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями (воды в почве содержится около 25-35%) - участвует в снабжении растений водой и растворенными элементами питания.

Газообразная часть, почвенный воздух (15-25%), заполняет поры, незанятые водой. Почвенный воздух содержит больше углекислого газа и меньше кислорода, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические соединения и др.

Условия почвенной среды обитания определяют такие свойства почвы как ее аэрация (насыщенность воздухом), влажность (присутствие влаги), теплоемкость и термический режим (суточный, сезонный, разногодичный ход температур). Температурный режим, по сравнению с наземно-воздушной средой, более консервативный, особенно на большой глубине. В целом, почва отличается довольно устойчивыми условиями жизни.

Особый комплекс условий по температуре, влажности, кислотности, окислительно-восстановительной обстановке, содержанию биофильных элементов не может быть воспроизведен ни в одной другой биокосной системе. Поэтому представители многих биологических видов могут обитать только в почве, которая служит средой обитания и физической опорой огромному числу организмов. Почва является необходимым и незаменимым субстратом, в котором растения укрепляются своими корнями, и из которого черпают влагу и элементы минерального питания.

Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов, представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. В почве возможно обитание организмов, обладающих как водным, так и воздушным типом дыхания.

Некоторые организмы проводят в почве всю жизнь, другие – часть жизни. По степени связи с почвенной средой обитания выделяются три группы организмов:

геобионты - постоянные обитатели почвы (дождевые черви, многие насекомые, микроорганизмы), из млекопитающих кроты, слепыши;

геофилы - животные, у которых часть цикла развития проходит в другой среде, а часть – в почве (большинство летающих насекомых - саранчовые, жуки, комары-долгоножки, медведки, многие бабочки; одни в почве проходят фазу личинки, другие – фазу куколки);

геоксены - животные, иногда посещающие почву в качестве укрытия или убежища (все млекопитающие, живущие в норах, многие насекомые, некоторые виды жуков).

Для почвенных организмов характерны специфические органы и типы движения (роющие конечности у млекопитающих; способность к изменению толщины тела; наличие специализированных головных капсул у некоторых видов); формы тела (округлая, червеобразная); прочные и гибкие покровы; редукция глаз и исчезновение пигментов.

Поскольку каждому типу почв, каждой почвенной зоне свойственны свои особенности, то и организмы отличаются избирательностью по отношению к этим условиям. По облику растительного покрова можно судить о влажности, кислотности, теплообеспеченности, засоленности, составе материнской породы и прочих характеристиках почвенного покрова.

Не только флора, но и фауна специфична для разных почв. Например, около 20 видов жуков – галофилы, обитают только в почвах с повышенной соленостью. Даже дождевые черви наибольшей численности достигают во влажных, теплых, с мощным органогенным слоем почвах.

Среди почвенных обитателей широко развита сапрофагия - поедание трупов других животных, гниющих остатков и т.д. Процессом переработки органического вещества заняты тысячи видов животных и микроорганизмов, причём счёт числа особей идёт на миллионы.

Основные биохимические процессы протекают в верхнем слое почвы толщиной до 40 см, так как в нем обитает наибольшее количество микроорганизмов. В поверхностных слоя почвы обитает множество организмов-разрушителей - бактерий и грибов, мельчайших членистоногих и червей, термитов и многоножек. Одни бактерии участвуют в цикле превращения только одного элемента, другие - в циклах превращения многих элементов. Если бактерии минерализуют органическое вещество - разлагают органическое вещество на неорганические соединения, то простейшие уничтожают избыточное количество бактерий. Дождевые черви, личинки жуков, клещи разрыхляют почву и этим способствуют ее аэрации. Кроме того, они перерабатывают трудно расщепляемые органические вещества.

Почва – главный «цех» по переработке органического вещества, через неё протекает до 90% углерода, возвращаемого в атмосферу. В результате процесса гумусообразования в почве консервируются большие запасы этого элемента в виде специфических гумусовых веществ. За счет частичного окисления гумуса происходит выделение СО₂ в атмосферу. Таким образом, почва является важнейшим звеном в биогеохимическом цикле углерода. Изменение гумусного состояния почв, в частности, под воздействием деятельности человека, приводит к нарушению биогеохимического цикла углерода, и возрастанию высвобождения углекислого газа в атмосферу.

Велика роль почвы в формировании биогеохимического цикла азота, прежде всего, за счет его биологической фиксации почвенными микроорганизмами. Подобное регулирующее действие почва оказывает на все биогеохимические циклы.

В настоящее время человечество все больше убеждается, что функции почвы не могут быть выполнены никакими другими компонентами биосферы, и это определяет огромную роль почвы в поддержании жизни на Земле. Будучи частью биосферы, почва в то же время является необходимым условием ее существования.