Основные свойства почвы и их экологическое значение

Возраст почвы. Возраст почвы можно рассматривать как особый экологический фактор. С течением времени меняются ее свой- пва: вымываются карбонаты, накапливаются органические веществ, щелочная реакция может смениться на кислую.

По мере формирования почвы образуется характерный вертикальный почвенный профиль с горизонтами, создающими разные экологические условия для жизни разнообразных почвенных организмов. tgt;i возраста во многом зависит мощность почвы и, следовательно, глубина залегания подстилающей материнской породы, что обусловливает глубину распространения корней.
Почвы на Земле имеют разный возраст. Древние латеритные почвы находятся в тропиках. В них почвообразованием затронуты слои в несколько метров. В дождевых тропических лесах за долгое время существования биогены перешли в биомассу, которая при отмирании быстро минерализуется и вновь вовлекается в цикл производства органики. Поэтому под этими богатейшими лесами почвы содержат мало элементов минерального питания. В горных системах распространены почвы молодые: постоянные процессы смыва и переотложения ведут к их обновлению. Молодые почвы формируются у подножия ледников, в речных долинах, на зарастающих промышленных отвалах.
Результаты определения абсолютного возраста почв радиоуглеродным методом на Русской равнине, в Западной Сибири, Северной Америке и Западной Европе показали, что время образования профиля современных почв составляет от нескольких сотен до нескольких тысяч лет (Г. В. Добровольский, 1989). Многие из них сформировались на отложениях плейстоцена, в течение которого в результате мощной тектонической деятельности значительно увеличились площадь суши и ее абсолютные высоты, а неоднократные похолодания (ледниковые периоды) привели к распространению в этих регионах холодостойких и засухоустойчивых растений. На слабо сформированных почвах складывались откры тые фитоценозы и светолюбивые растения могли тогда далеко мигрировать на те территории, куда их не пустили бы в другое время сомкнутые сообщества. В это время во внеледниковых районах ксеротермические (засушливые и жаркие) эпохи сменялись плювиальными (влажными). От этого времени в почвах остались погребенные реликтовые горизонты: твердая латеритная корка от ксеротермических периодов и гумусированные погребенные слои от плювиальных.
Почвенный режим как экологический фактор. Ряд параметров, характеризующих почву, переменчив, поэтому для экологии растений необходимы данные о режимах их изменения. Водный режим характеризуется большой изменчивостью (см. разд. 8.2.2). Особенно резко она выражена в аридных областях. Помимо собственно содержания воды, для растений важно, что с почвенной влагой связано их минеральное питание. Вода в почве — это всегда почвенный раствор, в котором находятся необходимые им минеральные вещества. Растения приспособились к перемене водного режима своих местообитаний. В экологических шкалах для характеристики резко переменного водного режима введены специальные обозначения и можно выделить растения, индицирующие переменный водный режим (полевица белая — Agrostis alba, горец земноводный — Polygonum amphibium и др.).
Тепловой режим почвы в основном определяется климатом, но важную роль в его формировании играет еще рельеф, в частности экспозиция склона. Тепловой режим почвы обусловливает многие физиологические и анатомо-морфологические адаптации растений, включая корневые системы, а также влияет на структуру растительного покрова в целом.
Воздушный режим почвы в основном зависит от ее водного режима. Повышенное увлажнение почвы часто связано с недостатком в ней воздуха (см. разд. 9.1). При затоплении или заболачивании почвенный воздух вытесняется водой, а кислород диффундирует в ней значительно медленнее, чем в газовой среде. В торфяно-болотных почвах количество кислорода составляет менее 1 %, а ниже уровня грунтовых вод падает до нуля (Т. В. Чиркова, 2002). Периодическую гипоксию испытывают растения многих почв гумидных областей. Иссушение же почвы, обеспечивая ее аэрацию, связано с опасной для растений почвенной засухой.
Гранулометрический состав почвы как экологический фактор. Гранулометрический (механический) состав почвы — следствие процессов выветривания и дальнейшей биологической переработки материнской породы. Он характеризуется процентным соотношением минеральных частиц разного размера: от крупных обломков горной породы до коллоидов размером в сотые доли микрона. Промежуточные по размеру образования, формирующие почвы, — гравий и хрящ (более 3 мм), песок (0,05 — 3 мм), глинистые частицы (мельче 0,01мм), пылеватые частицы и ил (менее 0,001 мм). В зависимости от соотношения этих фракций различают песча ные, супесчаные, суглинистые и другие типы почв. Гранулометрический состав во многом обусловливает физические свойства почвы. От него зависит ее плотность (и возможность проникновения корней), порозность и связанные с ней водо- и воздухопроницаемость, водоподъемность, гигроскопичность, поглотительная способность и др.
Гранулометрический состав почвы существенно влияет на ее тепловой и водный режимы. Во влажном прохладном климате глинистые почвы считаются «холодными и тяжелыми», так как они более теплопроводны и медленно прогреваются. Песчаные же почвы — «легкие и сухие». В области многолетней мерзлоты они летом протаивают быстрее и глубже. Но сильное нагревание их поверхности днем связано с резкими суточными колебаниями температуры. В глинистых почвах составляющие их мелкие частицы плотно «упакованы», для них характерна большая сила молекулярного сцепления и водоудерживающая способность, часто делающая воду недоступной для растений. Эти почвы менее водопроницаемы и слабо аэрируемы, в них могут создаваться анаэробные условия с накоплением диоксида углерода, сероводорода, метана и др. Хорошо выраженный капиллярный подъем воды

вызывает пересыхание глинистых почв на большую глубину.

В песчаных же почвах капиллярное поднятие влаги ограничено, водоудерживающая сила мала, а за счет промывания и слабого поглощения пески обеднены минеральными солями.
В аридных зонах песчаные почвы влажнее глинистых, так как они просыхают на меньшую глубину, и в некоторых случаях в них образуется горизонт с конденсационной влагой. В результате растительность песчаных пустынь оказывается намного богаче пустынь глинистых. А каменистые почвы промачиваются еще лучше, удерживая влагу на глубине. Но на каменистых осыпях и скалах создаются жесткие тепловые, водные и ветровые условия в сочетании с недостатком минерального питания. Растения там приспособились закрепляться в щелях и трещинах, прижиматься к камням. Это растения-литофиты (от греч. lithos — камень), отличающиеся карликовостью, ползучим искривленным ростом и цепкой корневой системой (рис. 10.1).
Виды, приспособившиеся к жизни на песках, называются псаммофитами (от греч. psammos — песок). В связи с обычно неблагоприятным водным режимом здесь они ксероморфны. На подвижных песках растения приспособились к непрерывному переносу частиц ветром. Ряд их при засыпании образует придаточные корни (рис. 10.2). Другое приспособление к выдуванию субстрата и оголению корней — защитные футляры из пробковой ткани или из песчинок, склеенных корневыми выделениями. Кроме видов песчаных пустынь, они характерны также для растений приморских и приречных песков в средних широтах (овсяница Беккера — Festuca beckeri и др.).
Гранулометрический состав почв во многом обусловливает химические свойства почвы. Малый размер частиц, образующих глинистые и суглинистые почвы, способствует большему растворению минеральных веществ и переходу их в почвенный раствор. Их мелкие частицы в сумме имеют огромную поверхность, которая удерживает растворы минеральных солей, препятствуя их вымыванию. Поглотительная способность глинистых почв высока и надолго задерживает элементы минерального питания в зоне распространения корней. А низкая поглотительная способность песчаных почв слабее удерживает минеральные соли, в том числе и внесенные удобрения.

Рис. 10.2. Приспособления растений к жизни в песчаных пустынях (по М. В. Петрову, 1950):
А — образование придаточных корней при засыпании кустарника движущимся барханом; Б — корневые футляры из сцементированных песчинок у Aristida karelini

Органическое вещество почвы как экологический фактор. Органическая часть почвы представлена в основном гумусом (перегноем), состоящим из продуктов неполного разложения остатков организмов (большей частью растительных). Гумус представляет собой комплекс темноокрашенных высокомолекулярных органических соединений почвы: гуминовые кислоты, гумин и другие вещества полимерной природы, состоящие из полифенолов, углеводов, азотистых гетероциклических соединений. Кроме С, Н, О, N, в нем находится значительное количество S, Fe, Са, К, микроэлементов. От содержания гумуса зависит плодородие почвы, ее водные и тепловые свойства.
Количество гумуса связано с процессами накопления органических остатков и их минерализацией. Накопление его во многом зависит от продуктивности растительности, ежегодного опада и массы отмирающих корней. Величины ежегодного опада в разных типах растительных сообществ колеблются от 25 т/га во влажном тропическом лесу до 1 т/га в пустынях и тундрах. В ельниках эта величина составляет 3,5 5,5 т/га, в дубравах — около 6 т/га, в
луговых степях — до 4 т/га. Отмершая фитомасса в процессе гумификации превращается в гумус в результате деятельности микроорганизмов-редуцентов, минерализующих органические остатки. Их активность и соответственно скорость гумификации зависят от продолжительности вегетационного периода и запаса влаги в почве.
Наиболее активно процесс минерализации идет в почвах влажных тропиков в условиях высоких температур, влажности и достаточной аэрации. Эти почвы бедны гумусом, так как продукты гумификации, не накапливаясь, быстро усваиваются растениями. Масса гумуса в степных почвах намного превышает общую фитомассу одной генерации растений, и его накопление формирует здесь плодороднейшую почву — чернозем. Довольно богаты органикой почвы тундр, так как при их высокой влажности и недостатке кислорода, низких температурах и коротком вегетационном периоде активность редуцентов тут слабая. Поэтому остатки организмов здесь накапливаются, не разлагаясь. В высокогорных районах в условиях пониженной температуры и хорошего дренажа продуктивность растительных сообществ может быть высокой, а процессы гумификации заторможены, в результате чего также накапливается мощный слой гумуса. Под болотной растительностью деятельность сапротрофов ослаблена из-за недостатка кислорода при застойном увлажнении и, как правило, кислой реакции среды. Это способствует накоплению многометровых толщ торфа — недоразложившейся органической массы.
При отмирании и разложении растений полученные ими минеральные вещества возвращаются в почву. Накопление коллоидов обусловливает ее водоудерживающую способность, а количество гумуса определяет ее структуру (склеивание минеральных частиц ведет к образованию структурных агрегатов разного размера и прочности). Например, в богатых гумусом черноземах формируется благоприятная для корней зернистая или комковато-зернистая структура, а подзолистые почвы содержат мало гумуса и имеют непрочную структуру, где условия для жизни растений намного хуже. Плодородие почв поддерживают длительные циклы накопления органики, гумификации и минерализации.

<< | >>

Источник: Березина Н.А.. Экология растений: учеб, пособие для студ. высш. учеб, заведений. 2009

Еще по теме Основные свойства почвы и их экологическое значение:

- Геоботаника - Комнатные растения - РАСТЕНИЯ - Экология растений -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -