Ролята на различните организми в процесите на почвообразуване. Биологичен фактор в почвообразуването. Ролята на растенията, бактериите, гъбите и актиномицетите в образуването на хумус. §2. Геоложки и биологични цикли на веществата

В.В. Докучаев постави началото на изучаването на почвообразуващите фактори. Той пръв установява, че почвообразуването е тясно свързано с физическата и географска среда.

В.В. Докучаев идентифицира пет фактора на почвообразуването: климат, почвообразуващи скали, живи и мъртви организми, възраст и терен. В съвременното почвознание към изброените фактори се добавят стопанската дейност на човека и подземните води. При изучаването на почвите е важно да се вземат предвид взаимните връзки и влиянието на всички почвообразуващи фактори.

Функционалната зависимост на почвата от почвообразуващите фактори може да се покаже със схематична формула:

Почва = f (К+П+О+Р+ХД+ГВ) t,

Функционалната връзка между почвата и почвообразуващите фактори е толкова сложна, че решаването на горната формула все още не е възможно. Въпреки това, V.V. Докучаев посочи, че тези трудности са временни и има всички основания да се очаква, че ще бъдат открити сложни взаимоотношения между почвата и факторите, които я формират. Понастоящем основата за такова заключение е, първо, нарастващият темп на получаване на количествени (цифрови) данни в различни условия и, второ, широко разпространената компютъризация и използването на математически методи за изучаване на масови цифрови данни.

Почвообразуващи скали

Намерени са следните генетични типовеседиментни скали: елувиални, делувиални, алувиални, моренни, флувио-глациални, глациолакустрилни, еолови и др.

Материнската скала е материалната основа, субстратът, върху който се образува почвата. Почвата до голяма степен наследява своя гранулометричен, минералогичен, химичен състав и свойства от основната скала. Но почвообразуващата скала не е скелетът на почвата, инертен към протичащите в нея процеси. Състои се от различни минерални компоненти, които участват в процеса на почвообразуване по различни начини. Сред тях има частици, които практически са инертни към химични процеси, но играят важна роля във формирането на физичните свойства на почвата. Други компоненти на почвообразуващите скали лесно се разрушават и обогатяват почвата с определени химични елементи, поради което съставът и структурата на почвообразуващите скали оказва изключително силно влияние върху процеса на почвообразуване.

Така например почвите обикновено се образуват в иглолистно-широколистни (смесени) гори. Но когато в горската зона почвообразуващите скали съдържат повишено количество калциеви карбонати, се образуват почви, които рязко се различават от дерново-подзолистите. Но в ландшафти, където се намират льосови отлагания, съдържащи повишено количество калциеви карбонати, се образуват особени дерново-карбонатни почви, рязко различни по външен вид и свойства от. По този начин карбонатното съдържание на скалите е от съществено значение, върху което могат да се образуват почви с добри физикохимични свойства. Най-добрите почвообразуващи скали са льос и льосовидни глини, както и карбонатни скали - те образуват относително плодородни почви.

облекчениее един от най-важните почвообразуващи фактори. Влияе на почвообразуването главно индиректно, като преразпределя водата, топлината и твърдите почвени частици. Влиянието на релефа засяга главно преразпределението на топлината и водата, които текат към земната повърхност. Значителна промяна в надморската височина на района води до значителна промяна в температурните условия, относително незначителна промяна в надморската височина влияе върху преразпределението на валежите, изложението на склона е от голямо значение за преразпределението на слънчевата енергия и определя степента на въздействието на подземните води върху почвата.

Ролята и значението на макро-, мезо- и микрорелефа е значително различна. Формите на макрорелефа (равнини, планини, низини) могат да бъдат свързани с промени в количеството на валежите при разпространението на въздушните маси, които ги носят. Това създава условия за постепенна промяна на видовете растителност, а оттам и на почвите. В планините, когато се променя надморската височина на района, температурата на въздуха и характерът на влагата се променят, което определя вертикалната зоналност на климата, растителността и почвите.

Елементи на мезорелефа (хълмове, хребети, водосбори, дерета) преразпределят слънчевата енергия и валежите върху ограничена площ. На равен терен почти всички валежи се абсорбират от почвата; склоновете губят вода поради оттичане, а в депресиите тя може да се натрупа ненужно, причинявайки преовлажняване.

Съществува значителна разлика в инсолацията между южните и северните склонове - до 10°C, което се отразява на водния режим и характера на растителността.

Отрицателните и положителните елементи на релефа, разположени наблизо, обикновено имат различни водно-въздушни и хранителни режими и нееднакви реакции (pH).

Повърхностният и вътрешен отток предизвиква насочена миграция на твърди частици (разтворени вещества) - осъществява се обмен на вещества между формите на мезо- и микрорелефа. В резултат на това дебелината на хумусния хоризонт на склона може да бъде 2-3 пъти по-малка, отколкото в падината. Силният воден отток от стръмни склонове създава трудни условия за растеж на растенията.

Микрорелефните форми (малки вдлъбнатини, хълмове, хълмове) допринасят за появата на различия в местообитанията на растенията, формирането на микроструктурата на растителната покривка и голямо разнообразие от почвени комбинации и комплекси.

В зависимост от положението в релефа и степента на овлажняване се разграничават автоморфни (почви на водосбори, склонове), полухидроморфни (блатисти) и хидроморфни почви. Последните две групи (редове) почви са в конюгирана зависимост от автоморфни почви, т.е. почвите на депресиите се влияят от повърхностни и подземни води, обогатени с химични елементи и съединения, извлечени от почвите на по-високо разположени райони. Геохимичната зависимост на полу- и хидроморфните почви от автоморфните се нарича геохимично свързване.

Геохимичната комуникация в условията на мезорелефа има еднопосочна посока.

В условията на микрорелеф тази връзка има двупосочна посока - химичните елементи, мигриращи с повърхностния отток в микродепресиите, ги обогатяват. Но изсушаването на микровисоките води до капилярно издърпване на почвените води от депресиите - някои от елементите също се изтеглят нагоре.

Климат. Климатът оказва голямо влияние върху развитието на почвообразуващите процеси. Свързва се с осигуряването на почвата с енергия (топлина) и вода. Те определят хидротермичния режим на почвата.

Развитието на почвообразуващия процес зависи от годишното количество постъпваща топлина и влага, особеностите на тяхното дневно и сезонно разпределение. Водният и топлинният режим на почвата пряко влияят върху развитието и разнообразието на организмите, количеството на тяхната биомаса, скоростта и характера на разлагането на органичните вещества, образуването на хумус и разрушаването на минералната част на почвата. По този начин в сух, горещ климат в почвата не се натрупва голямо количество хумус - образува се малко количество постеля, органичната му материя бързо се минерализира. В сухите райони в периоди на липса на валежи се наблюдава забавяне на биологичните и физикохимичните процеси. Друга картина се наблюдава при студен, бореален климат - тук има бавно разлагане на постеля и дори може да се образува торф. Наличието на мразовит период причинява замръзване на почвата, спиране на биологичните процеси и рязко потискане на физичните и химичните процеси.

Хидротермичният режим също определя скоростта и посоката на процесите на движение на водоразтворимите соли по профила. По този начин, в условията на умерено студен, влажен климат, се наблюдава значително отстраняване на органични и минерални съединения в долната част на почвения профил или в подземните води. Процесите на движение на солта протичат по различен начин в горещ и сух климат - водата се издига през капиляри от долните слоеве, което може да причини засоляване на почвата.

Движението на въздушните маси (вятърът) влияе върху газообмена в почвата и улавя малките почвени частици под формата на прах. Вятърът предизвиква процеса на физическо изветряне на скалите. Той издухва частици глина и прах от повърхността на почвата, което я прави песъчлива и причинява ерозия. Вятърът също може да допринесе за засоляването на почвата чрез транспортиране на соли от повърхността на солени водни басейни.
Климатът влияе върху почвата не само пряко, но и косвено, засягайки биологичните процеси (разпространение на висшите растения, интензивност на микробиологичната активност).

Климатичните условия на земното кълбо естествено се изменят от екватора към полюсите, а в планинските страни - от подножието към върха. В същата посока съставът на растителността и животните претърпява естествена промяна. Взаимосвързаните промени в такива важни почвообразуващи фактори влияят върху разпространението на основните типове почви. Трябва да се подчертае, че влиянието на елементите на климата, както и всички други почвообразуващи фактори, се проявява само във взаимодействие с други фактори. Така например в условията на високопланинската алпийска зона количеството на валежите е приблизително същото като в условията на зоната на тайгата, но същото количество валежи в първия и втория случай не определя същия тип почва: в алпийската зона са развити планинско-ливадни почви, а в зоната на тайгата подзолистите почви са развита почва, поради значителната разлика в много фактори на почвообразуване.

вода. Почвообразуването става под въздействието на повърхностни и подземни води. Тяхната роля се свежда главно до движението на раздвижени вещества, разтворени съединения под въздействието на гравитационни и капилярни сили и хидролизата на почвените минерали; При застой на водата се развиват глееви процеси.

Те имат известно влияние върху почвообразуването почвата и подземните води. Водата е средата, в която протичат множество химични и биологични процеси в почвата. За повечето почви в междуречието основният източник на вода са валежите. Въпреки това, когато подпочвените води са плитки, те оказват силно влияние върху образуването на почвата. Под тяхно влияние се променя водният и въздушният режим на почвите. Подпочвените води обогатяват почвата със съдържащите се в нея химически съединения, а в някои случаи предизвикват и засоляване. Подгизналите почви не съдържат достатъчно кислород, което потиска дейността на определени групи микроорганизми. В резултат на влиянието на подземните води се образуват специални почви.

Биологичен фактор. Той е водещ в процеса на почвообразуване. Неговото развитие стана възможно едва след появата на живота. Без живот нямаше да има почва. Образуването на почвата на Земята започва едва след появата на живота. Всяка скала, колкото и дълбоко разложена и изветряла да е, все още няма да бъде почва. Само дълготрайното взаимодействие на изходните скали с растителни и животински организми при определени климатични условия създава специфични качества, които отличават почвата от скалите.

В образуването на почвата участват следните групи организми: микроорганизми, зелени растения и животни. Действайки заедно, те образуват сложни биоценози. В същото време всяка от тези групи изпълнява специфични функции.

Благодарение на активността микроорганизмиорганичните остатъци се разграждат и съдържащите се в тях елементи се синтезират в съединения, абсорбирани от растенията. Микроорганизмите включват бактерии, актиномицети, гъби, водорасли и протозои. Броят им в 1 g почва варира от милиони до милиарди индивиди. Масата на микроорганизмите варира от 3 до 8 t/ha, или около 1–2 t/ha сухо вещество. Особено много микроорганизми има в горните почвени хоризонти, в зоната на корените. Микроорганизмите са пионери в образуването на почвата;

Бактерии- най-често срещаната група микроорганизми в почвата. Извършват различни процеси на трансформация на органични и минерални съединения. Благодарение на тяхната дейност се извършва грандиозен процес на преработка на колосалното количество мъртва органична материя, която всяка година постъпва в почвата. Това освобождава химически елементи, които са били здраво свързани с органичната материя.

От голямо значение е дейността на хетеротрофите, които определят процеса на амонификация - разлагането на органичната материя с образуването на амониеви форми на азот. Нитрификацията също е полезна - активността на автотрофни аеробни бактерии, които окисляват амониевия азот, първо до азотна, а след това до азотна киселина. В резултат на това растенията получават основния хранителен елемент като азот. За една година дейност на нитрифициращи бактерии могат да се образуват до 300 kg соли на азотна киселина на 1 хектар почва.

В същото време в почвата с липса на кислород може да настъпи денитрификация - редуцирането на почвените нитрати до молекулярен азот, което води до загубата му от почвата.

Някои групи бактерии са в състояние да абсорбират молекулярен азот от въздуха и да го превърнат в протеинова форма. Тази способност притежават свободно живеещите почвени и нодулни бактерии, които живеят в симбиоза с бобови растения. След загиването на азотфиксиращите бактерии почвата се обогатява с биологичен азот – до 200 кг/дка.

С помощта на бактериите се извършват окислителни процеси на различни вещества. Така серните бактерии окисляват сероводорода до сярна киселина - в резултат на това в почвата се натрупват до 200 kg/ha сулфати годишно.

Голяма група железни бактерии използват енергията от окисляването на двувалентно желязо, за да абсорбират въглерод.

Актиномицети, или лъчисти гъби, разграждат фибри, лигнин, хумусни вещества в почвата и участват в образуването на хумус.

гъби. Съдържанието им се измерва в десетки хиляди копия в един грам почва. Най-разпространени са плесенните гъби, а в горските почви - мукоровата гъба. Гъбите разграждат лигнина, фибрите, протеините и танините. Това произвежда органични киселини, които могат да трансформират почвените минерали. Често гъбите влизат в симбиоза със зелени растения, образувайки микориза върху корените, което подобрява азотното хранене на растенията.

водораслиразвиват на повърхността на почвата. Максималният им брой се наблюдава през влажни периоди. Горските почви са доминирани от диатомеи и синьо-зелени водорасли. Те обогатяват почвата с органични вещества и активно участват в изветрянето на скалите.

лишеи- сложна симбиотична формация на гъба и водорасло. Срещат се навсякъде – по почвата, по дърветата, по голите скали. Те разрушават скалите, като въздействат върху тях механично и химично. Органичните останки от лишеи и минералните зърна от скали са по същество примитивна почва за заселване на висши организми.

Висши растения. Зелените растения играят основна роля в образуването на почвата. На сушата годишно се произвеждат 15 1010 тона биомаса, синтезирана от зелени растения чрез фотосинтеза.

Биомасата е общото количество жива органична материя в растително съобщество. Най-високата биомаса в горските съобщества е 1–4 хил. c/ha. Тревните съобщества образуват по-малко биомаса. Ливадни степи – 250 ц/ха, сухи степи – 100 ц/ха, пустини – 43 ц/ха. Част от биомасата под формата на коренови остатъци и земна постеля се връща обратно в почвата. Ежегодно постъпва в почвата (постеля, корени): тайга гора – 4–6 t/ha, ливадни степи – около 14 t/ha, агрофитоценоза – 3–8 t/ha. Растенията в процеса на своята жизнена дейност синтезират органично вещество и го разпределят по определен начин в почвата под формата на коренова маса, а след отмирането на надземната част - под формата на растителна постеля. Компонентите на постеля след минерализация навлизат в почвата, допринасяйки за натрупването на хумус и придобиването на характерния тъмен цвят на горния почвен хоризонт. Освен това растенията натрупват отделни химични елементи, които се съдържат в малки количества в почвообразуващите скали, но са необходими за нормалното функциониране на растенията. След като растенията умрат и техните останки се разлагат, тези химични елементи остават в почвата, като постепенно я обогатяват.

Втората важна функция на зелените растения е концентрацията на пепелни елементи и азот. До 95% от масата на сухото вещество на растенията се състои от въглерод, кислород, водород и азот. Освен това в растенията се натрупват така наречените пепелни елементи (около 5%) - калций, магнезий, калий, натрий, сяра, хлор и др. - около 70 химични елемента. Много химични елементи се натрупват в почвата (като част от органичната материя) поради биогенно натрупване. Установено е, че бобовите растения натрупват в състава си повече калций, магнезий и азот; зърнени храни – фосфор, силициев диоксид, т.е. Има селективност в усвояването на химичните елементи.

Иглолистната горска постеля, когато се разлага, образува много фулвови киселини, което допринася за развитието на процеса на образуване на подзолна почва. Под ливадната тревиста растителност се развива процесът на почвообразуване. Мъховете имат висок капацитет на влага и следователно допринасят за преовлажняване на почвите.

Висшите растения и микроорганизми образуват определени комплекси, под влиянието на които се образуват различни видове почви. Всяка растителна формация съответства на определен тип почва. Например, при растителната формация на иглолистните гори никога няма да се образува горската формация, която се формира под влиянието на ливадно-степната тревна формация.

Животински организми(насекоми, земни червеи, малки гръбначни и др.), живеещи в почвата, също участват в почвообразуването. Има огромен брой от тях в почвата. Тяхната основна роля е трансформацията на почвената органична материя. Копаещата дейност на почвените животни също е важна.

Зоомасата на Земята е по-малка от фитомасата и възлиза на няколко милиарда тона. Широколистните гори имат най-голяма зоомаса – 600–2000 kg/ha, в тундрата – 90 kg/ha.

Дъждовните червеи са най-често срещаната група почвени животни - има хиляди или милиони от тях на един хектар. Те съставляват 90% от зоомасата в тайгата и широколистните гори. Годишно на хектар се обработват 50–380 тона почва. В същото време неговата порьозност и физични свойства се подобряват. Ч. Дарвин установи, че в Англия на всеки хектар червеите годишно преминават през тялото си 20–26 тона пръст. Чарлз Дарвин вярва, че почвата е резултат от дейността на животните и дори препоръчва да се нарича животински слой.

Почвените насекоми разхлабват почвата, обработват растителните остатъци и обогатяват почвата с растителна маса и минерални хранителни елементи.

Копачите (гофери, къртици, мишки и др.) Изкопават почвата, създават дупки в почвата, смесват почвата, като по този начин насърчават по-добрата аерация и най-бързото развитие на почвообразуващия процес, а също така обогатяват органичната маса на почвата с продуктите на тяхната жизнена дейност, променяйки състава си.

Много специален фактор за формиране на почвата - време. Всички процеси, протичащи в почвата, протичат във времето. За да се прояви влиянието на външните условия, за да се формира почвата в съответствие с факторите на почвообразуване, е необходимо определено време. Тъй като географските условия не остават постоянни, а се променят, почвите се развиват с течение на времето. Възрастта на почвата е продължителността на съществуването на почвата във времето. Процесът на образуване на почвата, както всеки друг, протича с течение на времето. Всеки нов цикъл на почвообразуване (сезонен, годишен, дългосрочен) внася определени промени в трансформацията на минерални и органични вещества в почвата. Степента на натрупване на вещества в почвата или тяхното измиване може да се определи от продължителността на тези процеси. Следователно факторът време („възрастта на страната“, според В. В. Докучаев) има определено значение при формирането и развитието на. почви.

Изследванията установяват продължителността на отделните процеси на почвообразуване. Така определено ниво на натрупване на хумус в почвата се установява в рамките на 100–600 години. Върху млади планински морени и седименти от дренирани езера се образува достатъчно оформена почва в рамките на 100–300 години.

Има разлика между абсолютна и относителна възрастпочва Абсолютна възраст- това е времето, изминало от началото на образуването на почвата до настоящия етап от нейното развитие. Може да варира от няколко хиляди до милион години.

Процесът на почвообразуване започна по-рано в тези територии, които бяха освободени от вода и ледена покривка по-бързо. Така на територията на Беларус почвите в северната му част са млади (в границите на последното валдайско (поозерско) заледяване) - възрастта им е около 10–12 хиляди години; Почвите на южните територии на републиката са по-зрели. В същото време в границите на една и съща територия, с една и съща абсолютна възраст, процесът на почвообразуване може да протича с различна скорост. Това се дължи на териториалната разнородност на почвообразуващата скала, релефа и др. В резултат на това се формират почви с различна степен на развитие на почвения профил - относителната им възраст няма да бъде еднаква.
За определяне на абсолютната възраст на почвите и органичните вещества се използва радиоактивният изотоп 14C и съотношението му с 12C. Времето на полуразпад на 14C е 5600 години. Изотопът 12C е стабилен. Познавайки радиовъглеродната активност на хумуса, е възможно да се определи възрастта му в рамките на 40–50 хиляди години.

Стопанската дейност на човека е мощен фактор за въздействие върху почвата, особено в условията на нарастваща интензификация на селското стопанство. Той се различава рязко от всички останали фактори по влиянието си върху почвата. Ако влиянието на природните фактори върху почвата се проявява спонтанно, тогава човек в процеса на своята стопанска дейност действа върху почвата целенасочено, променяйки я в съответствие със своите нужди. С развитието на науката и техниката, с развитието на обществените отношения се засилва използването на почвата и нейното преобразуване.

Човекът и неговото оборудване с мощни средства за въздействие върху околната среда, включително върху почвата (торове, машини, дренаж, напояване, химизация и др.) значително променят природните екологични системи.

Мелиорацията, изсичането или засаждането на гори, създаването на изкуствени резервоари - всичко това има съответно въздействие върху водния режим на територията и следователно върху почвата.

Прилагането на минерални и органични торове, варуване на кисели почви, торфиране на песъчливи почви и опесъчаване на глинести почви променя химичния състав на почвите и техните свойства. Механичната обработка води до промяна в комплекса от физични, химични и биологични свойства на почвата.

Системното прилагане на мерки за подобряване на почвата води до тяхното култивиране.

Но неправилното прилагане на определени мерки и нерационалното използване на почвите може да доведе до значително влошаване на почвите - да доведе до преовлажняване, ерозия, замърсяване на почвата и рязко влошаване на химичните и физичните свойства. Следователно човешкото въздействие върху почвата трябва да бъде научно обосновано; насочени към повишаване на нейното плодородие, към формиране на устойчиви високопродуктивни агроекосистеми.

Следователно можем да заключим, че почвата е Това е специално природно образувание, където процесите на циклична миграция на химични елементи върху земната повърхност и метаболизъм между компонентите на ландшафта достигат най-голямото си напрежение. Едновременно с енергийното преразпределение на материята в почвата, слънчевата енергия се трансформира и акумулира активно.

Ролята на микроорганизмите в образуването на почвите и почвеното плодородие е изключително сложна и разнообразна; микробите, като най-старите организми на земното кълбо, съществуващи от милиарди години, са най-древните почвообразуватели, работещи много преди появата на висши растения и животни. Последиците от жизнената дейност на микроорганизмите далеч надхвърлят почвите, които обитават, и до голяма степен определят свойствата на седиментните скали, състава на атмосферата и природните води, както и геохимичната история на елементи като въглерод, азот, сяра, фосфор, кислород , водород, калций, калий и желязо.
Микроорганизмите са биохимично многофункционални по своите свойства и са способни да извършват процеси в биосферата и почвите, които са недостъпни за растенията и животните, но които са съществена част от биологичния цикъл на енергия и вещества. Това са процесите на фиксиране на азот, окисляване на амоняк и сероводород, редукция на сулфатни и нитратни соли и утаяване на железни и манганови съединения от разтвора. Това включва и микробен синтез в почвата на много витамини, ензими, аминокиселини и други физиологично активни съединения.
Провеждайки тези удивителни реакции, автотрофните бактерии, подобно на растенията, могат сами да синтезират органична материя, но без да използват енергията на Слънцето. Ето защо има всички основания да се смята, че първичният почвообразуващ процес на Земята се е осъществявал от съобщества от автотрофни и хетеротрофни микроорганизми много преди появата на зелените растения. Трябва да се отбележи, че бактериите и гъбите са много силни разрушители на първични минерали и скали, агенти на така нареченото биологично изветряне.
Въпреки това, най-важната характеристика на микроорганизмите е способността им да доведат процесите на разлагане на растителна и животинска органична материя до пълна минерализация. Без тази връзка нормалната спираловидна цикличност на биологичните процеси в биосферата не би могла да съществува и самият живот не би бил възможен. Това е дълбоката фундаментална разлика между ролята на микроорганизмите в биосферата и ролята на растенията и животните. Растенията синтезират органична материя, животните извършват първичното механично и биохимично разрушаване на органичната материя и я подготвят за бъдещо образуване на хумус. Микроорганизмите, завършвайки разграждането на органичната материя, синтезират почвения хумус и след това го унищожават. Синтезът на физиологично активни съединения, образуването на хумус и пълната минерализация на органичните остатъци е основната функция на микроорганизмите в почвените процеси и биологичния кръговрат.
Микроорганизмите понякога се намират на дълбочина от десетки и стотици метри. Но основната им маса е съсредоточена в коренообитаемите почвени хоризонти и особено в горните 10-20 cm общо мокро тегло на различни микроорганизми може да достигне до 10 t/ha в горния 25-сантиметров почвен слой. Микроорганизмите Macca съставляват 0,5-2,5% от теглото на хумуса в почвите. Освен това на 1 g почва броят на микроорганизмите възлиза на десетки и стотици милиони екземпляри, а в ризосферата на растенията - десетки милиарди. Колкото по-високо е нивото на плодородие на естествените почви, толкова по-богати и разнообразни са микроорганизмите в тях. Високоплодородните култивирани почви са най-богати на различни микроорганизми. С развитието на новите методи за изследване на микроорганизмите става ясно, че сегашните ни познания все още са крайно недостатъчни. Очевидно ролята, броят и функциите на микроорганизмите в почвообразуването са много по-големи, отколкото си представяме в момента.
Сред почвените микроорганизми има както представители на растителния свят, така и представители на животинския свят (фиг. 52). Най-многобройната микрофлора са гъбичките, актиномицетите и бактериите. Много по-рядко се срещат водорасли. Микрофауната е доминирана от амеби и флагелати. Ресничести и микронематоди също понякога се срещат в големи количества в почвите. Натрупват се все повече данни за наличието на неклетъчни форми на микроорганизми (бактериофаги, вируси) в почвите.

Почвени водорасли

Почвени гъби

Бактерии

Вируси (бактериофаг)

Растителност (по-висока и по-ниска)създава биологичен цикъл на пепелните вещества в природата и обогатява почвата с органични остатъци. Той е основният фактор в почвообразуването.

Същността на почвообразувателния процес се проявява в природата чрез растителни образувания. Растителните образувания са комбинации от висши и низши растения, взаимодействащи при определени условия на околната среда.

На територията на Русия се разграничават следните групи растителни образувания (Н. Н. Розов): 1) дървесни (тайга, широколистни гори, гори от влажни субтропици); преходни дървесно-тревисти (ксерофитни гори); тревисти (сухи и блатисти ливади, умерени степи, субтропични храстови степи); 4) безлюден; 5) лишей-мъх (тундра, повдигнати блата).

Всяка група растителни формации се характеризира със свои собствени характеристики: съставът на органичните вещества, характеристиките на тяхното навлизане в почвата и разлагането им, както и взаимодействието на продуктите от разлагането с минералната част на почвата.

Разлики в растителните образувания- основната причина за разнообразието на почвите в природата. При същите условия на тайгово-горската зона подзолистите почви се развиват под иглолистни затворени гори, а в ливадите се образуват тревни почви.

В зависимост от биологичните особености на количеството и качеството на създадената биомаса и влиянието върху процеса на почвообразуване зелените растения се делят на дървесни и тревисти.

Дървесни растения(дървета, храсти, полухрасти) - многогодишно, живеещо десетки и стотици години. Всяка година загива само част от надземната им маса (игли, листа, клони, плодове) и се отлага на повърхността на почвата под формата на постеля или горска постеля. Дървесните растения се характеризират със създаването на огромна биомаса, главно надземна, но годишният им отпадък е по-малък от растежа им и следователно сравнително малко количество пепелни елементи и азот се връщат в почвата с постеля. Постелята на дърветата, особено на иглолистните дървета, съдържа много фибри, лигнин, танини и смоли. Продуктите от разлагането на горската постеля взаимодействат с почвата в разтвор, когато почвеният слой се измие с утайка.

Продължителност на живота на тревните растенияварира от няколко седмици (ефемера) до 1-2 години (зърнени) и 3-5 години (бобови). Корените и коренищата обаче живеят до 7-15 години или повече.

В процесите на почвообразуване ефектът на тревните растения е по-голям от този на дървесните растения, въпреки че количеството биомаса, създадено от тревните асоциации, е по-малко. Това се обяснява с кратката продължителност на живота на тревните растения и бързата обмяна на всички компоненти, които участват в биологичния цикъл в системата растение-почва. Почвата се обогатява ежегодно с органични остатъци от билки под формата на смляна маса (ако не е отчуждена) и корени. Коренните остатъци, за разлика от смляната маса, се разграждат директно на място, в почвата, като продуктите от разпада им взаимодействат с нейната минерална част.

Останки от тревисти растенияВ сравнение с горската постеля те съдържат по-малко фибри, повече протеини, пепелни елементи и азот. Тревните остатъци се характеризират с неутрална или леко алкална реакция.

мъхове- растителни организми, които нямат коренова система и абсорбират хранителни вещества по цялата повърхност на органите си. Те са широко разпространени под горския покрив и в блатата. Мъховете се прикрепят към всеки субстрат с ризоиди. Те могат да абсорбират и задържат големи количества влага, така че процесът на разлагане на растителните остатъци протича бавно, с постепенно натрупване на торф и преовлажняване. При формирането на повдигнатите блата трябва да се отбележи особено ролята на сфагновите (бели) мъхове.

Микроорганизми. Сред микроорганизмите в почвата са широко представени бактерии, гъби, актиномицети, водорасли и протозои. Най-голям брой микроорганизми се намират в горните му слоеве, където са концентрирани по-голямата част от органичната материя и корените на живите растения.

Микроорганизмите допринасят за разграждането на органичните остатъци в почвата.

По отношение на въздуха микроорганизмите се разграничават на аеробни и анаеробни. Аеробни са организми, които консумират кислород през живота си; анаероби - живеят и се развиват в безкислородна среда. Те получават необходимата за живота енергия в резултат на свързани редокс реакции. Реакциите на разлагане и синтез, протичащи в почвата, се влияят от различни ензими, произведени от микроорганизми. В зависимост от вида на почвата и степента на тяхната обработка, общият брой на микроорганизмите в 1 g дерново-подзолисти почви може да достигне 0,6-2,0 милиарда, черноземи - 2-3 милиарда.

Бактерии- най-често срещаният вид почвени микроорганизми. Според начина на хранене те се делят на автотрофни, които абсорбират въглерод от въглероден диоксид, и хетеротрофни, които използват въглерод от органични съединения.

Аеробните бактерии окисляват различни органични вещества в почвата, включително процеса на амонификация - разлагане на азотсъдържащи органични вещества до амоняк, окисляване на фибри, лигнин и др.

Разграждане на органични остатъцихетеротрофни анаеробни бактерии се нарича процес на ферментация (ферментация на въглехидрати, пектинови вещества и др.). Заедно с ферментацията при анаеробни условия протича денитрификация - редукцията на нитратите до молекулярен азот, което може да доведе до значителни загуби на азот в почви с лоша аерация.

Биологичен фактор на почвообразуване- В почвообразуването участват три групи организми - зелени растения, микроорганизми и животни, които изграждат сложни биоценози.

растителност. Растенията са единственият основен източник на органична материя в почвата. Тяхната основна функция като почвообразуватели трябва да се счита за биологичния цикъл на веществата - синтеза на биомаса от атмосферния въглероден диоксид, слънчева енергия, вода и минерални съединения, идващи от почвата. Растителната биомаса под формата на коренови остатъци и земна постеля се връща обратно в почвата. Характерът на участието на зелените растения в почвообразуването е различен и зависи от вида на растителността и интензивността на биологичния цикъл (табл. 5.1).

Всички живи организми на Земята образуват биологични общности (ценози) и биологични образувания, с които процесите на почвообразуване и развитие са неразривно свързани,

Учението за растителните образувания от гледна точка на почвознанието е разработено от В. Р. Уилямс. Като основни критерии за разделяне на растителните образувания той приема такива показатели като състава на растителните групи, характеристиките на навлизането на органична материя в почвата и естеството на нейното разлагане под въздействието на микроорганизми с различни съотношения на аеробни и анаеробни процеси .

Понастоящем при изучаването на ролята на растителните ценози в почвообразуването допълнително се вземат предвид естеството и интензивността на биологичния цикъл на веществата; Това ни позволява да разширим изучаването на растителните образувания от гледна точка на почвознанието и да предоставим по-подробно разделяне на тях.

Според Н. Н. Розов се разграничават следните основни групи растителни образувания:

1. образуване на дървесна растителност: тайга, широколистни гори, субтропични дъждовни гори и тропически гори;
2. преходна дървесно-тревиста растителна формация: ксерофитни гори, савани;
3. образуване на тревисти растения: сухи и блатисти ливади, тревисти прерии, умерени степи, субтропични храстови степи;
4. образуване на пустинни растения: растителност на суббореалните, субтропичните и тропичните почвено-климатични зони;
5. образуване на растения от лишей-мъх: тундра, повдигнати блата.

Горската растителност е многогодишна растителност, така че нейните останки достигат предимно на повърхността на почвата под формата на земна постеля, от която се образува горската постеля. Водоразтворимите разпадни продукти навлизат в минералния слой на почвата. Характеристика на биологичния цикъл в гората е дългосрочното запазване на значително количество азотни и пепелни растителни хранителни вещества в многогодишната биомаса и изключването им от годишния биологичен цикъл. В различни природни условия се образуват различни видове гори, което определя естеството на почвообразуващия процес и следователно вида на формираните почви.

Тревистата растителност образува в почвата гъста мрежа от тънки корени, обвиващи цялата горна част на почвения профил, чиято биомаса обикновено надвишава биомасата на надземната част. Тъй като надземната част на тревистата растителност се отчуждава от хората и се изяжда от животните, основният източник на органични вещества в почвата под тревистата растителност са корените. Кореновите системи и техните продукти на хумификация структурират горната коренообитаема част на профила, в която постепенно се формира богат на хранителни елементи хумусен хоризонт. Интензивността на процесите се определя от природните условия, тъй като в зависимост от вида на тревните образувания количеството на образуваната биомаса и интензивността на биологичния цикъл са различни. Следователно при различни природни условия под тревиста растителност се образуват различни почви. Мъхово-лишайната растителност се характеризира с това, че при висок капацитет на влага има ниска активност в биологичния цикъл. Това е причината за запазването на умиращи растителни остатъци, които при достатъчно и прекомерно овлажняване се превръщат в торф, а при постоянно изсушаване лесно се разнасят от вятъра.

Микроорганизми. (Ролята на микроорганизмите в образуването на почвата е не по-малко значима от ролята на растенията. Въпреки малкия си размер, поради големия си брой, те имат огромна обща повърхност и следователно активно влизат в контакт с почвата. Според Е. Н. Мишустин, на 1 хектар обработваем почвен слой активната повърхност на бактериите достига 5 милиона m 2. Поради краткия жизнен цикъл и високата скорост на възпроизводство микроорганизмите сравнително бързо обогатяват почвата със значително количество органична материя) Според изчисленията на И. В. Тюрин, годишният прием на сухо микробно вещество в почвата може да бъде 0,6 tha. (Тази биомаса, богата на протеини, съдържаща много азот, фосфор, калий, е от голямо значение за почвообразуването и формирането на почвеното плодородие.

Микроорганизмите са активният фактор, чиято дейност е свързана с процесите на разграждане на органичните вещества и превръщането им в почвен хумус. Микроорганизмите фиксират атмосферния азот. Те отделят ензими, витамини, растеж и други биологични вещества. Доставката на хранителни вещества за растенията в почвения разтвор и следователно плодородието на почвата зависи от активността на микроорганизмите.

Най-често срещаният вид почвени микроорганизми са бактериите. Техният брой варира от няколкостотин хиляди до милиарди на грам почва. В зависимост от начина на хранене бактериите се делят на хетеротрофни и автотрофни.

Хетеротрофни бактерииизползват въглерод от органични съединения, разлагайки органичните остатъци до прости минерални съединения.

Автотрофни бактерииабсорбират въглерод от атмосферния въглероден диоксид и окисляват недостатъчно окислените минерални съединения, образувани по време на активността на хетеротрофите.

Според вида на дишането бактериите се разделят на аеробни, които се развиват в присъствието на молекулярен кислород, и анаеробни, които не изискват свободен кислород за еволюцията си.

По-голямата част от бактериите се развиват най-добре в неутрална среда. В кисела среда те са неактивни.

Актиномицети (плесенни бактерии или лъчисти гъби)намират се в почвите в по-малки количества от другите бактерии; те обаче са много разнообразни и играят важна роля в почвообразуващия процес. Актиномицетите разлагат целулозата, лигнина, хумуса в почвата и участват в образуването на хумус. Развиват се по-добре в почви с неутрална или слабо алкална реакция, богати на органични вещества и добре обработени.

гъби- сапрофити - хетеротрофни организми. Срещат се във всички почви. Имайки разклонен мицел, гъбите плътно преплитат органичната материя в почвата. При аеробни условия те разлагат фибри, лигнин, мазнини, протеини и други органични съединения. Гъбите участват в минерализацията на почвения хумус.

Гъбите могат да влизат в симбиоза с растенията, образувайки вътрешна или външна микориза. При тази симбиоза гъбата получава въглеродно хранене от растението и сама осигурява на растението азот, образуван по време на разлагането на азотсъдържащи органични съединения в почвата.

водораслиразпространен във всички почви, предимно в повърхностния слой. Те съдържат хлорофил в клетките си, благодарение на който могат да абсорбират въглероден диоксид и да отделят кислород.

Водораслите участват активно в процесите на изветряне на скалите и в първичния процес на почвообразуване.

лишеив природата обикновено се развиват върху бедни почви, скалисти субстрати, борови гори, тундра и пустиня.

Лишеите са симбиоза на гъби и водорасли. Лишайните водорасли синтезират органична материя, която гъбата използва, а гъбата осигурява на водораслите вода и минерали, разтворени в нея.

Лишеите разрушават скалата биохимично - чрез разтваряне и механично - с помощта на хифи и тали (тяло на лишея), здраво споени с повърхността.

От момента, в който лишеите се установяват върху скалите, започва по-интензивно биологично изветряне и първично почвообразуване.

Протозоиса представени в почвата от класовете коренища (амеби), флагелати и ресничести. Те се хранят предимно с микроорганизми, обитаващи почвата. Някои протозои съдържат хлорофил, дифузно разтворен в протоплазмата и са способни да асимилират въглероден диоксид и минерални соли. Някои видове могат да разграждат протеини, въглехидрати, мазнини и дори фибри.

Избухванията на протозойна активност в почвата са придружени от намаляване на броя на бактериите. Поради това е обичайно да се разглежда проявата на протозойна активност като индикатор, отрицателен за плодовитостта. В същото време някои данни показват, че в някои случаи с развитието на амебите в почвата се увеличава количеството на усвоимите форми на азот.

Микроорганизмите в почвата образуват сложна биоценоза, в която различните им групи са в определени взаимоотношения, които се променят в зависимост от промените в условията на почвообразуване.

Естеството на микробните биоценози се влияе от условията на водния, въздушния и топлинния режим на почвите, реакцията на околната среда (киселинна или алкална), състава на органичните остатъци и др. По този начин, с увеличаване на влажността на почвата и влошаване при аерация се увеличава активността на анаеробните микроорганизми; С повишаване на киселинността на почвения разтвор бактериите се инхибират и гъбите се активират.

Всички групи микроорганизми са чувствителни към промените във външните условия, така че тяхната активност е много неравномерна през цялата година. При много високи и ниски температури на въздуха биологичната активност в почвите замръзва.

(Чрез регулиране на условията на живот на микроорганизмите можем значително да повлияем на плодородието на почвата. Чрез осигуряване на рохкав състав на орния слой и оптимални условия на влага, неутрализиране на киселинността на почвата, ние благоприятстваме развитието на нитрификацията и натрупването на азот, мобилизирането на др. хранителни вещества и като цяло създават благоприятни условия за развитието на растенията.)

животни. Почвената фауна е многобройна и разнообразна, представена е от безгръбначни и гръбначни животни.

Най-активните почвообразуватели сред безгръбначните са земните червеи. Започвайки с Чарлз Дарвин, много учени отбелязват важната им роля в почвообразуващия процес.

Земните червеи са разпространени почти навсякъде както в обработваеми, така и в девствени почви. Техният брой варира от стотици хиляди до няколко милиона на хектар. Придвижвайки се в почвата и хранейки се с растителни остатъци, земните червеи активно участват в обработката и разграждането на органичните остатъци, преминавайки през себе си огромна маса почва по време на процеса на храносмилане.

Според N.A. Dimo, върху напоени култивирани сиви почви, червеите изхвърлят годишно до 123 тона преработена почва върху повърхността на 1 хектар под формата на екскременти (копролити). Копролитите са добре агрегирани бучки, обогатени с бактерии, органична материя и калциев карбонат. Изследванията на С. И. Пономарева установяват, че емисиите на земни червеи върху дерново-подзолиста почва имат неутрална реакция и съдържат 20% повече хумус и абсорбиран калций. Всичко това предполага, че земните червеи подобряват физическите свойства на почвите, правят ги по-рохкави, по-въздухо- и водопропускливи, като по този начин повишават плодородието им.

Насекоми- мравки, термити, земни пчели, оси, бръмбари и техните ларви - също участват в процеса на почвообразуване. Правейки многобройни ходове в почвата, те разрохкват почвата и подобряват нейните водни и физични свойства. Освен това, като се хранят с растителни остатъци, те ги смесват с почвата и когато умрат, самите те служат като източник за обогатяване на почвата с органични вещества.

Гръбначни- гущери, змии, мармоти, мишки, гофери, къртици - вършат чудесна работа за смесване на почвата. Правейки дупки в почвата, те изхвърлят голямо количество пръст на повърхността. Получените проходи (къртичини) са запълнени с маса от пръст или скала и върху почвения профил имат заоблена форма, отличаваща се по цвят и степен на уплътняване. В степните райони ровещите животни смесват горния и долния хоризонт толкова много, че на повърхността се образува туберкулозен микрорелеф, а почвата се характеризира като изкопан (молен) чернозем, изкопана кестенова почва или сива почва.
прочетете същото

Основната роля в почвообразуването принадлежи на зелените растения, особено на висшите. На първо място, тяхната роля се състои в това, че образуването на органична материя е свързано с фотосинтезата, която се случва само в зеления лист на растението. Поглъщайки въглероден диоксид от въздуха, вода, азот и пепелни вещества от скалата (която по-късно се превръща в почва), зелените растения, използвайки лъчистата енергия на слънцето, синтезират различни органични съединения.

След като растенията умрат, органичната материя, която те създават, навлиза в почвата и по този начин ежегодно я снабдява с елементи на пепел и азотна храна и енергия. Количеството акумулирана слънчева енергия в синтезираната органична материя е много голямо и възлиза на приблизително 9,33 kcal на 1 g въглерод. При годишно падане на растителни остатъци от 1 до 21 тона на 1 ха (съответстващо на 0,5-10,5 тона въглерод) в тях се концентрира около 4,7-106 - 9,8-107 kcal слънчева енергия. Това е наистина огромно количество енергия, което се използва по време на образуването на почвата.

Различните видове зелени растения – дървесни и тревисти – се различават по количеството и качеството на биомасата, която създават, и количеството й, постъпващо в почвата.

При дървесните растения само част от органичната маса, образувана през лятото (игли, листа, клони, плодове), умира ежегодно и почвата се обогатява с органична материя главно от повърхността. Другата част, често по-значителна, остава в живото растение, служейки като материал за удебеляване на стъблото, клоните и корените.

В тревните едногодишни растения вегетативните органи съществуват една година и растението умира всяка година, с изключение на узрелите семена; многогодишните тревисти растения имат подземни издънки с възли на братене, коренища и др., от които на следващата година се развива нова надземна част на растението с нова коренова система. Следователно тревистата растителност внася органични вещества в почвата под формата на ежегодно умиращи надземни части и корени. Мъховете, които нямат коренова система, обогатяват почвата с органични вещества от повърхността.

Характерът на навлизането на растителни остатъци в почвата определя по-нататъшния ход на трансформация на органичните съединения, тяхното взаимодействие с минералната част на почвата, което влияе върху процесите на формиране на почвения профил, състава и свойствата на почвата.

Най-голямо натрупване на органична материя има в горските съобщества. Така в смърчовите гори на северната и южната тайга общата биомаса е 100-330 тона на 1 хектар, в борови гори - 280, в дъбови гори - 400 тона на 1 хектар. Още по-голяма маса органична материя се образува в субтропичните и влажните вечнозелени тропически гори - повече от 400 тона на 1 хектар.

Тревистата растителност се характеризира със значително по-ниска продуктивност. Северните ливадни степи увеличават биомасата до 25 тона на 1 хектар, в сухите степи е 10 тона, а в полухрастовите пустинни степи тази стойност намалява до 4,3 тона.

В арктическите тундри биомасата е на нивото на пустинните съобщества, а в храстовите тундри достига нивото на ливадните степи.

Размерът на постъпващата в почвата органична маса се определя от вида на растителността и годишното количество постеля, което зависи от растежа и съотношението на надземната маса и корените. Така в смърчовата гора средната годишна растителна постеля е 3,5-5,5 тона на 1 хектар, в борова гора - 4,7, в брезова гора - 7,0, в дъбова гора - 6,5 тона на 1 хектар.

В субтропичните и тропическите гори годишните отпадъци са много големи - 21-25 тона на 1 хектар.

В ливадните степи годишното постеля е 13,7 тона на 1 ха, в сухите степи - 4,2 тона, в пустинните, полухрастови степи - 1,2 тона В същото време по-голямата част - 70-87% - от мъртвата постеля на ливадната степ растителността се отчита върху кореновите системи на тревите. Това до известна степен обяснява големия запас от хумус в почвата под тревиста растителност.

Голямата роля на зелените растения в почвообразуването се състои в това, че тяхната жизнена дейност определя един от най-важните процеси - биологичната миграция и концентрацията на пепелни елементи и азот в почвата, а заедно с микроорганизмите и биологичния кръговрат на веществата в почвата. природа.

В горите на умерения пояс потреблението и годишната възвръщаемост с постеля на количество пепелни елементи и азот са съответно 118-380 и 100-350 kg на 1 ha. В същото време брезовите и дъбовите гори създават по-интензивен кръговрат на веществата от боровите и смърчовите гори. Следователно почвите, образувани под тях, ще бъдат по-плодородни.

При ливадни тревисти асоциации количеството пепелни елементи и азот, участващи в биологичния цикъл, е значително по-голямо, отколкото в различните видове умерени гори, а потреблението и връщането на вещества с постеля в почвата са балансирани и възлизат на около 682 kg на 1 ха Естествено почвите под ливадните степи са по-плодородни от тези под горите.

Процесите на разлагане на органичните остатъци са силно повлияни от техния химичен състав.

Органичните остатъци се състоят от различни пепелни елементи, въглехидрати, протеини, лигнин, смоли, танини и други съединения, като тяхното съдържание в постелята на различните растения варира. Всички части на повечето дървесни видове са богати на танини и смоли, съдържат много лигнин и малко пепелни елементи и протеини. Следователно останките от дървесни растения се разлагат бавно и главно от гъбички. За разлика от дърветата, тревистата растителност, с малки изключения, не съдържа танини, по-богата е на протеинови вещества и пепелни елементи, поради което останките от тази растителност лесно се подлагат на бактериално разлагане в почвата.

Освен това има и други разлики между тези групи растения. По този начин всички дървесни растения отлагат мъртви листа, игли, клони и издънки през цялата година, главно върху повърхността на почвата. В течение на една година дърветата оставят относително малка част от мъртвата органична материя в почвения слой, тъй като тяхната коренова система е многогодишна.

Тревистите растения, при които ежегодно умират всички надземни вегетативни органи и отчасти корените, отлагат мъртва органична материя както на повърхността на почвата, така и на различна дълбочина.

Тревистата растителност се разделя на три групи: ливадна, степна и блатна.

При ливадни растения - тимотейка, петел, синя трева, власатка, лисича опашка, различни детелини и други многогодишни треви - надземната маса умира ежегодно в началото на зимата с настъпването на устойчиви студове.

Степната растителност умира предимно през лятото поради физическата сухота на почвата. По това време степната флора обикновено завършва своя цикъл на развитие и произвежда жизнеспособни семена. Растителните остатъци попадат в условия на недостатъчна влажност на почвата, т.е. в условия, противоположни на тези, в които се намира органичната маса на ливадната растителност в момента на смъртта. През късната есен, в началото на загиването на ливадната растителност, всички почвени пространства обикновено са запълнени с вода и следователно достъпът на въздух до почвата е напълно спрян. Ливадните растения се намират в подобни условия през пролетта, когато почвата се размразява, докато количеството вода в почвата достига максимум, а количеството въздух достига минимум. Следователно разграждането на растителните остатъци става бавно без достъп на въздух, което води до натрупване на органични вещества в почвата.

Останките от блатна растителност се разлагат още по-бавно, изпитвайки постоянна излишна влага.

Но колкото и отделни групи зелени растения да се различават една от друга по определени характеристики, основното им значение в почвообразуването се свежда до синтеза на органична материя от минерални съединения. Органичната материя, която играе голяма роля за плодородието на почвата, може да бъде създадена само от зелени растения.