Il ruolo di vari organismi nei processi di formazione del suolo. Fattore biologico nella formazione del suolo. Il ruolo di piante, batteri, funghi e attinomiceti nella formazione dell'humus. §2. Cicli geologici e biologici delle sostanze
V.V. Dokuchaev ha gettato le basi per lo studio dei fattori di formazione del suolo. Fu il primo a stabilire che la formazione del suolo è strettamente correlata all'ambiente fisico e geografico.
V.V. Dokuchaev ha identificato cinque fattori di formazione del suolo: clima, rocce che formano il suolo, organismi vivi e morti, età e terreno. Nella moderna scienza del suolo, ai fattori elencati si aggiungono l’attività economica umana e le acque sotterranee. Quando si studiano i suoli, è importante tenere conto delle relazioni reciproche e dell'influenza di tutti i fattori di formazione del suolo.
La dipendenza funzionale del suolo dai fattori di formazione del suolo può essere mostrata con una formula schematica:
Suolo = f (К+П+О+Р+ХД+ГВ) t,
dove f è una funzione; K – clima; P – razza; O – organismi; R – sollievo;
HD – attività economica; GW – acque sotterranee; t – tempo.
La relazione funzionale tra suolo e fattori di formazione del suolo è così complessa che non è ancora possibile risolvere la formula di cui sopra. Tuttavia, V.V. Dokuchaev ha sottolineato che queste difficoltà sono temporanee e che ci sono tutte le ragioni per aspettarsi che vengano trovate relazioni complesse tra il suolo e i fattori che lo formano. Attualmente, la base per tale conclusione è, in primo luogo, il ritmo crescente di acquisizione di dati quantitativi (digitali) in varie condizioni e, in secondo luogo, la diffusa informatizzazione e l'uso di metodi matematici per lo studio dei dati digitali di massa.
Rocce che formano il suolo
Rocce che formano il suolo. Le rocce su cui si formano sono chiamate rocce che formano il suolo o rocce madri. Le più comuni sono le rocce sedimentarie sciolte. Hanno un'età pleistocenica (quaternaria). Copre il 90% del territorio della parte extratropicale dell'emisfero settentrionale. Le rocce sedimentarie si distinguono per la loro composizione sciolta, porosità, permeabilità all'acqua e altre proprietà favorevoli alla formazione del suolo. Il loro spessore può raggiungere più di cento metri.Si trovano i seguenti tipi genetici rocce sedimentarie: eluviali, diluviali, alluvionali, moreniche, fluvioglaciali, glaciolacustri, eoliche, ecc.
La roccia madre è la base materiale, il substrato su cui si forma il terreno. Il suolo eredita in gran parte la composizione granulometrica, mineralogica, chimica e le proprietà dalla roccia madre. Tuttavia, la roccia che forma il suolo non è lo scheletro del suolo, inerte ai processi che si sviluppano in esso. È costituito da una varietà di componenti minerali che partecipano al processo di formazione del suolo in vari modi. Tra questi ci sono particelle che sono praticamente inerti ai processi chimici, ma svolgono un ruolo importante nella formazione delle proprietà fisiche del suolo. Altri componenti delle rocce che formano il suolo vengono facilmente distrutti e arricchiscono il suolo con alcuni elementi chimici, quindi la composizione e la struttura delle rocce che formano il suolo hanno un'influenza estremamente forte sul processo di formazione del suolo.
Quindi, ad esempio, i suoli si formano solitamente nelle foreste di conifere-decidue (miste). Tuttavia, quando all'interno della zona forestale le rocce che formano il suolo contengono una maggiore quantità di carbonati di calcio, si formano suoli nettamente diversi dai suoli sod-podzolici. Ma nei paesaggi in cui si trovano depositi simili a loess, contenenti una maggiore quantità di carbonati di calcio, si formano peculiari terreni fangosi-carbonatici, nettamente diversi nell'aspetto e nelle proprietà. Di notevole importanza è quindi il contenuto di carbonato delle rocce, sul quale si possono formare terreni con buone proprietà fisico-chimiche. Le migliori rocce che formano il suolo sono il loess e gli argille simili al loess, nonché le rocce carbonatiche: formano terreni relativamente fertili.
Sollievoè uno dei fattori più importanti per la formazione del suolo. Colpisce la formazione del suolo principalmente indirettamente, ridistribuendo l'acqua, il calore e le particelle solide del terreno. L'influenza del rilievo influenza principalmente la ridistribuzione del calore e dell'acqua che fluiscono sulla superficie terrestre. Un cambiamento significativo nell'altitudine della zona comporta un cambiamento significativo nelle condizioni di temperatura, un cambiamento di altitudine relativamente insignificante influenza la ridistribuzione delle precipitazioni, l'esposizione del pendio è di grande importanza per la ridistribuzione dell'energia solare e determina il grado di impatto delle acque sotterranee sul suolo.
Il ruolo e il significato del macrorilievo, del meso e del microrilievo sono notevolmente diversi. Le forme del macrorilievo (pianura, montagna, pianura) possono essere associate a cambiamenti nella quantità di precipitazioni man mano che le masse d'aria che le trasportano si diffondono. Ciò crea le condizioni per un cambiamento graduale dei tipi di vegetazione e quindi dei suoli. In montagna, quando cambia l'altitudine della zona, cambiano la temperatura dell'aria e la natura dell'umidità, che determina la zonazione verticale del clima, della vegetazione e del suolo.
Gli elementi di mesorilievo (colline, creste, bacini idrografici, burroni) ridistribuiscono l'energia solare e le precipitazioni su un'area limitata. Sui terreni pianeggianti la quasi totalità delle precipitazioni viene assorbita dal suolo; i pendii perdono acqua a causa del deflusso e nelle depressioni può accumularsi inutilmente, provocando ristagni.
C'è una differenza significativa nell'irraggiamento tra i pendii meridionali e settentrionali - fino a 10°C, che influenza il regime dell'acqua e la natura della vegetazione.
Gli elementi negativi e positivi del rilievo, situati nelle vicinanze, di solito hanno regimi acqua-aria e nutrizionali diversi e reazioni disuguali (pH).
Il deflusso superficiale e interno provoca la migrazione diretta di particelle solide (sostanze disciolte) - si stabilisce uno scambio di sostanze tra le forme di meso e microrilievo. Di conseguenza, lo spessore dell’orizzonte humus su un pendio può essere 2-3 volte inferiore rispetto a quello in una depressione. Il forte deflusso dell'acqua dai pendii ripidi provoca condizioni difficili per la crescita delle piante.
Le forme di microrilievo (piccole depressioni, collinette, collinette) contribuiscono all'emergere di differenze nell'habitat delle piante, alla formazione della microstruttura della copertura vegetale e ad un'ampia varietà di combinazioni e complessi del suolo.
A seconda della posizione nel rilievo e del grado di umidità, si distinguono i terreni automorfi (terreni di bacini idrografici, pendii), semi-idromorfi (paludosi) e idromorfi. Gli ultimi due gruppi (file) di suoli sono in dipendenza coniugata da suoli automorfi, cioè i suoli delle depressioni sono influenzati dalle acque superficiali e sotterranee arricchite di elementi chimici e composti estratti dai suoli delle zone più elevate. Viene chiamata la dipendenza geochimica dei terreni semi- e idromorfi da quelli automorfi accoppiamento geochimico.
La comunicazione geochimica in condizioni di mesorilievo ha una direzione unidirezionale.
In condizioni di microrilievo, questa connessione ha una direzione bidirezionale: gli elementi chimici che migrano con il deflusso superficiale nelle microdepressioni li arricchiscono. Ma l'essiccamento delle microalture provoca la risalita capillare dell'acqua del suolo dalle depressioni: anche alcuni elementi vengono sollevati.
Clima. Il clima ha una grande influenza sullo sviluppo dei processi di formazione del suolo. È associato al fornire al suolo energia (calore) e acqua. Determinano il regime idrotermale del suolo.
Lo sviluppo del processo di formazione del suolo dipende dalla quantità annuale di calore e umidità in entrata, dalle caratteristiche della loro distribuzione giornaliera e stagionale. I regimi idrico e termico del suolo influenzano direttamente lo sviluppo e la diversità degli organismi, la quantità della loro biomassa, la velocità e la natura della decomposizione della materia organica, la formazione dell'humus e la distruzione della parte minerale del suolo. Pertanto, in un clima secco e caldo, una grande quantità di humus non si accumula nel terreno: si forma una piccola quantità di rifiuti, la sua materia organica viene rapidamente mineralizzata. Nelle zone aride, durante i periodi di assenza di precipitazioni, si osserva un rallentamento dei processi biologici e fisico-chimici. Un quadro diverso si osserva in un clima freddo e boreale: qui c'è una lenta decomposizione dei rifiuti e si può formare persino la torba. La presenza di un periodo gelido provoca il congelamento del suolo, la cessazione dei processi biologici e una forte soppressione dei processi fisici e chimici.
Il regime idrotermale determina anche la velocità e la direzione dei processi di movimento dei sali idrosolubili lungo il profilo. Pertanto, in condizioni di clima moderatamente freddo e umido, si verifica una rimozione significativa di composti organici e minerali nella parte inferiore del profilo del suolo o nelle acque sotterranee. I processi di movimento del sale si verificano in modo diverso nei climi caldi e secchi: l'acqua sale attraverso i capillari dagli strati inferiori, il che può causare la salinizzazione del terreno.
Il movimento delle masse d'aria (vento) influenza lo scambio di gas nel terreno e cattura piccole particelle di terreno sotto forma di polvere. Il vento provoca il processo di alterazione fisica delle rocce. Soffia via le particelle di argilla e polvere dalla superficie del terreno, rendendolo sabbioso e provocando l'erosione. Il vento può anche contribuire alla salinizzazione del suolo trasportando i sali dalla superficie dei bacini di acqua salata.
Il clima influisce sul suolo non solo direttamente, ma anche indirettamente, influenzando i processi biologici (distribuzione delle piante superiori, intensità dell'attività microbiologica).
Le condizioni climatiche del globo cambiano naturalmente dall'equatore ai poli e nei paesi montuosi dai piedi alla cima. Nella stessa direzione, la composizione della vegetazione e degli animali subisce un cambiamento naturale. Cambiamenti interconnessi in fattori così importanti di formazione del suolo influenzano la distribuzione dei principali tipi di suolo. Va sottolineato che l'influenza degli elementi climatici, così come di tutti gli altri fattori di formazione del suolo, si manifesta solo in interazione con altri fattori. Quindi, ad esempio, nelle condizioni della zona alpina di alta montagna, la quantità di precipitazioni è approssimativamente la stessa che nelle condizioni della zona della taiga, tuttavia, la stessa quantità di precipitazioni nel primo e nel secondo caso non determina la stesso tipo di terreno: nella zona alpina si sviluppano terreni di prati di montagna e nella zona della taiga si sviluppano terreni podzolici, a causa della differenza significativa in molti fattori di formazione del suolo.
Acqua. La formazione del suolo avviene sotto l'influenza delle acque superficiali e sotterranee. Il loro ruolo si riduce principalmente al movimento di sostanze agitate, composti disciolti sotto l'influenza di forze gravitazionali e capillari e all'idrolisi dei minerali del suolo; Quando l'acqua ristagna, si sviluppano processi gley.
Hanno una certa influenza sulla formazione del suolo suolo e acque sotterranee. L'acqua è il mezzo in cui si verificano numerosi processi chimici e biologici nel suolo. Per la maggior parte dei suoli negli spazi interfluvi, la principale fonte d’acqua sono le precipitazioni. Tuttavia, dove le acque sotterranee sono poco profonde, hanno un forte impatto sulla formazione del suolo. Sotto la loro influenza, i regimi dell'acqua e dell'aria dei suoli cambiano. Le acque sotterranee arricchiscono il suolo dei composti chimici che contiene e in alcuni casi provocano la salinizzazione. I terreni impregnati d'acqua contengono ossigeno insufficiente, il che sopprime l'attività di alcuni gruppi di microrganismi. Come risultato dell'influenza delle acque sotterranee, si formano terreni speciali.
Fattore biologico. È leader nel processo di formazione del suolo. Il suo sviluppo è diventato possibile solo dopo l'emergere della vita. Senza la vita non ci sarebbe il suolo. La formazione del suolo sulla Terra è iniziata solo dopo la comparsa della vita. Qualsiasi roccia, non importa quanto profondamente decomposta e alterata possa essere, non sarà ancora terra. Solo l'interazione a lungo termine delle rocce madri con organismi vegetali e animali in determinate condizioni climatiche crea qualità specifiche che distinguono il suolo dalle rocce.
I seguenti gruppi di organismi partecipano alla formazione del suolo: microrganismi, piante verdi e animali. Agendo insieme, formano biocenosi complesse. Allo stesso tempo, ciascuno di questi gruppi svolge funzioni specifiche.
Grazie all'attività microrganismi i residui organici vengono decomposti e gli elementi in essi contenuti vengono sintetizzati in composti assorbiti dalle piante. I microrganismi includono batteri, attinomiceti, funghi, alghe e protozoi. Il loro numero in 1 g di terreno varia da milioni a miliardi di individui. La massa dei microrganismi varia da 3 a 8 t/ha, ovvero circa 1–2 t/ha di sostanza secca. Soprattutto molti microrganismi si trovano negli orizzonti superiori del suolo, nella zona delle radici. I microrganismi sono pionieri della formazione del suolo; sono i primi a stabilirsi sulla roccia materiale.
Batteri- il gruppo più comune di microrganismi nel suolo. Effettuare vari processi di trasformazione di composti organici e minerali. Grazie alle loro attività, viene portato avanti un grandioso processo di lavorazione dell'enorme quantità di materia organica morta che ogni anno entra nel suolo. Questo rilascia elementi chimici che erano strettamente legati alla materia organica.
Di grande importanza è l'attività degli eterotrofi, che determinano il processo di ammonificazione: la decomposizione della materia organica con la formazione di forme di azoto ammoniacale. È utile anche la nitrificazione: l'attività dei batteri aerobici autotrofi che ossidano l'azoto ammoniacale prima in nitroso e poi in acido nitrico. Di conseguenza, le piante ricevono l'elemento nutritivo essenziale come l'azoto. In un anno di attività dei batteri nitrificanti si possono formare fino a 300 kg di sali di acido nitrico per 1 ettaro di terreno.
Allo stesso tempo, nel terreno con carenza di ossigeno, può verificarsi la denitrificazione, la riduzione dei nitrati del suolo in azoto molecolare, che porta alla sua perdita da parte del suolo.
Alcuni gruppi di batteri sono in grado di assorbire l'azoto molecolare dall'aria e convertirlo in forma proteica. Questa capacità è posseduta dai batteri del suolo e dei noduli a vita libera che vivono in simbiosi con le leguminose. Dopo la morte dei batteri che fissano l'azoto, il terreno si arricchisce di azoto biologico - fino a 200 kg/ha.
Con l'aiuto dei batteri vengono eseguiti processi di ossidazione di varie sostanze. Pertanto i solfobatteri ossidano l'idrogeno solforato in acido solforico, di conseguenza nel terreno si accumulano fino a 200 kg/ha di solfati all'anno.
Un folto gruppo di batteri del ferro utilizza l'energia dell'ossidazione del ferro ferroso per assorbire il carbonio.
Actinomiceti, o funghi radianti, decompongono fibre, lignina, sostanze di humus nel terreno e partecipano alla formazione dell'humus.
Funghi. Il loro contenuto è misurato in decine di migliaia di copie in un grammo di terreno. I più comuni sono i funghi della muffa e, nei terreni forestali, i funghi mucori. I funghi decompongono la lignina, le fibre, le proteine e i tannini. Questo produce acidi organici che possono trasformare i minerali del suolo. Spesso i funghi entrano in simbiosi con le piante verdi, formando micorriza sulle radici, che migliora la nutrizione azotata delle piante.
Alga marina svilupparsi sulla superficie del suolo. Il loro numero massimo si osserva durante i periodi umidi. I suoli forestali sono dominati da diatomee e alghe blu-verdi. Arricchiscono il suolo di materia organica e partecipano attivamente all'erosione delle rocce.
Licheni- una complessa formazione simbiotica di funghi e alghe. Si trovano ovunque: sul terreno, sugli alberi, sulle rocce nude. Distruggono le rocce agendo su di esse meccanicamente e chimicamente. Resti organici di licheni e granelli minerali di roccia sono essenzialmente terreno primitivo per l'insediamento di organismi superiori.
Piante superiori. Le piante verdi svolgono un ruolo importante nella formazione del suolo. Sulla terra vengono prodotte annualmente 15.1010 tonnellate di biomassa, sintetizzata dalle piante verdi attraverso la fotosintesi.
La biomassa è la quantità totale di materia organica vivente in una comunità vegetale. La biomassa più elevata nelle comunità forestali è di 1–4 mila c/ha. Le comunità erbacee formano meno biomassa. Steppe prative – 250 c/ha, steppe secche – 100 c/ha, deserti – 43 c/ha. Parte della biomassa sotto forma di residui radicali e lettiera viene restituita al suolo. Ogni anno entra nel suolo (rifiuti, radici): foresta di taiga – 4–6 t/ha, steppe di prato – circa 14 t/ha, agrofitocenosi – 3–8 t/ha. Le piante nel corso della loro attività vitale sintetizzano la materia organica e la distribuiscono in un certo modo nel terreno sotto forma di massa radicale e, dopo la morte della parte fuori terra, sotto forma di rifiuti vegetali. I componenti della lettiera dopo la mineralizzazione entrano nel suolo, contribuendo all'accumulo di humus e all'acquisizione del caratteristico colore scuro dell'orizzonte superiore del suolo. Inoltre, le piante accumulano singoli elementi chimici, che sono contenuti in piccole quantità nelle rocce che formano il suolo, ma sono necessari per il normale funzionamento delle piante. Dopo che le piante muoiono e i loro resti si decompongono, questi elementi chimici rimangono nel terreno, arricchendolo gradualmente.
La seconda importante funzione delle piante verdi è la concentrazione di elementi di cenere e azoto. Fino al 95% della massa di sostanza secca delle piante è costituita da carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto. Inoltre, nelle piante si accumulano i cosiddetti elementi ceneri (circa il 5%) - calcio, magnesio, potassio, sodio, zolfo, cloro, ecc. - circa 70 elementi chimici. Molti elementi chimici si accumulano nel suolo (come parte della materia organica) a causa dell'accumulo biogenico. È stato accertato che le leguminose accumulano nella loro composizione più calcio, magnesio e azoto; cereali – fosforo, silice, ad es. C'è selettività nell'assorbimento degli elementi chimici.
I rifiuti delle foreste di conifere, quando si decompongono, formano molti acidi fulvici, che contribuiscono allo sviluppo del processo di formazione del suolo podzolico. Sotto la vegetazione erbacea del prato si sviluppa il processo di formazione del suolo. I muschi hanno un'elevata capacità di umidità e quindi contribuiscono al ristagno idrico del suolo.
Piante e microrganismi superiori formano determinati complessi, sotto l'influenza dei quali si formano vari tipi di terreno. Ogni formazione vegetale corrisponde ad uno specifico tipo di terreno. Ad esempio, sotto la formazione vegetale delle foreste di conifere, la formazione forestale che si forma sotto l'influenza della formazione erbacea della steppa-prato non si formerà mai.
Organismi animali Alla formazione del suolo partecipano anche gli insetti (insetti, lombrichi, piccoli vertebrati, ecc.) che vivono nel suolo. Ce ne sono un numero enorme nel terreno. Il loro ruolo principale è la trasformazione della sostanza organica del suolo. Importante è anche l'attività di scavo degli animali del suolo.
La massa di zoom sulla Terra è inferiore alla fitomassa e ammonta a diversi miliardi di tonnellate. Le foreste di latifoglie hanno lo zoom più grande – 600–2000 kg/ha, nella tundra – 90 kg/ha.
I lombrichi sono il gruppo più comune di animali del suolo: ce ne sono migliaia o milioni su un ettaro. Costituiscono il 90% degli zoomassi nella taiga e nelle foreste decidue. Vengono lavorate 50-380 tonnellate di terreno per ettaro all'anno. Allo stesso tempo, la sua porosità e le proprietà fisiche migliorano. C. Darwin ha scoperto che in Inghilterra, su ogni ettaro, i vermi passano ogni anno 20-26 tonnellate di terreno attraverso i loro corpi. Charles Darwin credeva che il suolo fosse il risultato dell'attività animale e raccomandava addirittura di chiamarlo così strato animale.
Gli insetti del suolo allentano il terreno, processano i residui vegetali e arricchiscono il terreno con materia vegetale ed elementi nutritivi minerali.
Gli scavatori (modi, talpe, topi, ecc.) scavano il terreno, creano tane nel terreno, mescolano il terreno, promuovendo così una migliore aerazione e lo sviluppo più rapido del processo di formazione del suolo, oltre ad arricchire la massa organica del suolo con i prodotti della loro attività vitale, modificandone la composizione.
Un fattore molto speciale di formazione del suolo - tempo. Tutti i processi che avvengono nel suolo avvengono nel tempo. Affinché l'influenza delle condizioni esterne abbia effetto, affinché il suolo si formi in conformità con i fattori di formazione del suolo, è necessario un certo tempo. Poiché le condizioni geografiche non rimangono costanti, ma cambiano, i suoli evolvono nel tempo. L’età del suolo è la durata dell’esistenza del suolo nel tempo. Il processo di formazione del suolo, come qualsiasi altro, avviene nel tempo. Ogni nuovo ciclo di formazione del suolo (stagionale, annuale, a lungo termine) introduce alcuni cambiamenti nella trasformazione delle sostanze minerali e organiche nel suolo. Il grado di accumulo delle sostanze nel suolo o la loro lisciviazione può essere determinato dalla durata di questi processi, pertanto il fattore tempo (“età del paese”, secondo V.V. Dokuchaev) ha un certo significato nella formazione e nello sviluppo di suoli.
La ricerca ha stabilito la durata dei singoli processi di formazione del suolo. Pertanto, entro 100-600 anni si stabilisce un certo livello di accumulo di humus nel suolo. Sulle giovani morene montane e sui sedimenti dei laghi prosciugati, entro 100-300 anni si forma un terreno sufficientemente formato.
C'è una distinzione tra età assoluta e relativa suolo Età assoluta- questo è il tempo trascorso dall'inizio della formazione del suolo all'attuale fase del suo sviluppo. Può variare da diverse migliaia a un milione di anni.
Il processo di formazione del suolo è iniziato prima in quei territori che sono stati liberati più rapidamente dall'acqua e dalla copertura dei ghiacci. Pertanto, sul territorio della Bielorussia, i suoli della sua parte settentrionale sono giovani (entro i confini dell'ultima glaciazione Valdai (Poozersk)) - la loro età è di circa 10-12 mila anni; I terreni dei territori meridionali della repubblica sono più maturi. Allo stesso tempo, entro i confini dello stesso territorio, della stessa età assoluta, il processo di formazione del suolo può procedere a velocità diverse. Ciò è dovuto all'eterogeneità territoriale delle rocce che formano il suolo, alla topografia, ecc. Di conseguenza, i suoli si formano con diversi gradi di sviluppo del profilo del suolo - la loro età relativa non sarà la stessa.
Per determinare l'età assoluta dei suoli e della materia organica, viene utilizzato l'isotopo radioattivo 14C e il suo rapporto con 12C. Il tempo di dimezzamento del 14C è di 5600 anni. L'isotopo 12C è stabile. Conoscendo l'attività radiocarbonica dell'humus, è possibile determinarne l'età nell'intervallo 40-50 mila anni.
L’attività economica umana è un potente fattore che influenza il suolo, soprattutto in condizioni di crescente intensificazione dell’agricoltura. Si differenzia nettamente da tutti gli altri fattori nella sua influenza sul suolo. Se l'influenza dei fattori naturali sul suolo si manifesta spontaneamente, allora una persona, nel corso della sua attività economica, agisce sul suolo in modo diretto, modificandolo secondo le sue esigenze. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, con lo sviluppo delle relazioni sociali, si intensifica l’uso del suolo e la sua trasformazione.
L'uomo e le sue attrezzature con potenti mezzi per influenzare l'ambiente, compreso il suolo (fertilizzanti, macchine, drenaggio, irrigazione, chimica, ecc.) modificano in modo significativo i sistemi ecologici naturali.
Bonifica dei terreni, abbattimento o piantagione di foreste, creazione di bacini artificiali: tutto ciò ha un impatto corrispondente sul regime idrico del territorio, e quindi sul suolo.
L'applicazione di fertilizzanti minerali e organici, la calcinazione di terreni acidi, la torba di terreni sabbiosi e la sabbiatura di terreni argillosi modificano la composizione chimica dei terreni e le loro proprietà. La lavorazione meccanica provoca un cambiamento nel complesso delle proprietà fisiche, chimiche e biologiche del suolo.
L'applicazione sistematica di misure per migliorare il suolo porta alla loro coltivazione.
Tuttavia, l'attuazione errata di alcune misure e l'uso irrazionale del suolo possono causare un significativo deterioramento del suolo, portando a ristagni idrici, erosione, inquinamento del suolo e un forte deterioramento delle proprietà chimiche e fisiche. Pertanto, l’impatto umano sul suolo deve essere scientificamente provato; mirato ad aumentarne la fertilità, a formare agroecosistemi sostenibili e altamente produttivi.
Negli ultimi decenni è stato stabilito che l'interazione dei fattori di formazione del suolo mette in movimento enormi masse di materia. Come risultato dell'interazione tra rocce e organismi viventi, si verifica una ridistribuzione naturale degli elementi chimici e una sorta di metabolismo. La stessa cosa accade nei sistemi di organismi viventi: l'atmosfera, le rocce, l'acqua caduta nell'atmosfera, ecc. Nel suolo questi processi di migrazione sono particolarmente intensi, poiché vi partecipano contemporaneamente tutti i fattori di formazione del suolo. Inizialmente si credeva che il movimento degli elementi chimici avvenisse sotto forma di circuiti più o meno chiusi. Successivamente si è scoperto che il movimento della materia nel suolo è vario, ma i cicli migratori aperti sono di primaria importanza. I processi migratori che avvengono durante la formazione del suolo, a loro volta, fanno parte dei cicli planetari che coprono l'intera biosfera.
Pertanto, possiamo concludere che il suolo lo è Si tratta di una particolare formazione naturale dove i processi di migrazione ciclica degli elementi chimici sulla superficie terrestre e il metabolismo tra le componenti del paesaggio raggiungono la massima tensione. Contemporaneamente alla ridistribuzione energetica della materia nel suolo, l'energia solare viene attivamente trasformata e accumulata.
Il ruolo dei microrganismi nella formazione dei suoli e nella fertilità del suolo è estremamente complesso e diversificato; i microbi, essendo gli organismi più antichi del globo, esistenti da miliardi di anni, sono i più antichi formatori del suolo, operanti molto prima della comparsa di piante e animali superiori. Le conseguenze dell'attività vitale dei microrganismi vanno ben oltre i suoli in cui vivono e determinano in gran parte le proprietà delle rocce sedimentarie, la composizione dell'atmosfera e delle acque naturali e la storia geochimica di elementi come carbonio, azoto, zolfo, fosforo, ossigeno , idrogeno, calcio, potassio e ferro.
I microrganismi sono biochimicamente multifunzionali nelle loro proprietà e sono in grado di svolgere processi nella biosfera e nel suolo inaccessibili a piante e animali, ma che sono una parte essenziale del ciclo biologico dell'energia e delle sostanze. Questi sono i processi di fissazione dell'azoto, ossidazione dell'ammoniaca e dell'idrogeno solforato, riduzione dei sali solfati e nitrati e precipitazione dei composti di ferro e manganese dalla soluzione. Ciò include anche la sintesi microbica nel terreno di molte vitamine, enzimi, aminoacidi e altri composti fisiologicamente attivi.
Effettuando queste sorprendenti reazioni, i batteri autotrofi, come le piante, possono sintetizzare da soli la materia organica, ma senza utilizzare l'energia del sole. Ecco perché ci sono tutte le ragioni per credere che il processo primario di formazione del suolo sulla Terra sia stato effettuato da comunità di microrganismi autotrofi ed eterotrofi molto prima della comparsa delle piante verdi. Va notato che batteri e funghi sono fortissimi distruttori di minerali primari e rocce, agenti del cosiddetto disfacimento biologico.
Tuttavia, la caratteristica più importante dei microrganismi è la loro capacità di portare i processi di decomposizione della materia organica vegetale e animale alla completa mineralizzazione. Senza questo collegamento la normale ciclicità a spirale dei processi biologici nella biosfera non potrebbe esistere e la vita stessa non sarebbe possibile. Questa è la profonda differenza fondamentale tra il ruolo dei microrganismi nella biosfera e il ruolo delle piante e degli animali. Le piante sintetizzano la materia organica, gli animali eseguono la distruzione meccanica e biochimica primaria della materia organica e la preparano per la futura formazione di humus. I microrganismi, completando la decomposizione della materia organica, sintetizzano l'humus del suolo e poi lo distruggono. La sintesi di composti fisiologicamente attivi, la formazione di humus e la completa mineralizzazione dei residui organici è la funzione principale dei microrganismi nei processi del suolo e nella circolazione biologica.
I microrganismi si trovano talvolta a profondità di decine e centinaia di metri. Ma la loro massa principale è concentrata negli orizzonti del suolo abitati dalle radici e soprattutto nei 10-20 cm superiori, mentre il peso umido totale di vari microrganismi può arrivare fino a 10 t/ha negli strati superiori del suolo di 25 cm. I microrganismi Macca rappresentano lo 0,5-2,5% del peso dell'humus nel suolo. Inoltre, per 1 g di terreno, il numero di microrganismi è di decine e centinaia di milioni di esemplari e nella rizosfera delle piante - decine di miliardi. Maggiore è il livello di fertilità dei suoli naturali, più ricchi e diversificati sono i microrganismi presenti in essi. I terreni coltivati altamente fertili sono i più ricchi di una varietà di microrganismi. Con lo sviluppo di nuovi metodi per studiare i microrganismi, diventa chiaro che le nostre attuali conoscenze sono ancora estremamente insufficienti. Apparentemente il ruolo, il numero e le funzioni dei microrganismi nella formazione del suolo sono molto maggiori di quanto immaginiamo attualmente.
Tra i microrganismi del suolo ci sono sia rappresentanti del mondo vegetale che rappresentanti del mondo animale (Fig. 52). La microflora più numerosa è costituita da funghi, attinomiceti e batteri. Le alghe sono molto meno comuni. La microfauna è dominata da amebe e flagellati. Anche i ciliati e i micronematodi si trovano talvolta in gran numero nel suolo. Si accumulano sempre più dati sulla presenza di forme non cellulari di microrganismi (batteriofagi, virus) nel suolo.
Alghe del suolo
Le alghe del suolo sono microrganismi mono e multicellulari (a volte mobili) dotati di pigmenti specifici come la clorofilla, che garantiscono l'assimilazione dell'anidride carbonica e la fotosintesi della sostanza organica. Le alghe, a differenza della maggior parte degli altri microrganismi, contribuiscono all'arricchimento dei suoli con materia organica e ossigeno.
Le alghe popolano principalmente gli orizzonti superiori del suolo illuminato, anche se occasionalmente si possono trovare fino a 30-50 cm di profondità e, a seconda del tipo di pigmenti, le alghe si distinguono in verdi, blu-verdi, viola e gialle. In 1 g di terreno possono esserci fino a 300mila alghe unicellulari. Il ruolo delle microalghe unicellulari è particolarmente evidente sulla superficie dei terreni argillosi sterili dei deserti - takyr, sui solonetzes, sui depositi alluvionali freschi in acque poco profonde. Utilizzando l'umidità emergente, le microalghe arricchiscono la superficie con materia organica fresca, provocano una maggiore distruzione dei minerali primari e aumentano la dispersione della fase solida. Alcune alghe svolgono un ruolo significativo nella trasformazione dei composti della silice (diatomee) e del calcio nel terreno, altre hanno la capacità di fissare l'azoto.
Le alghe blu-verdi (India, Giappone, Indonesia) che vivono nelle risaie e nei terreni alluvionali delle valli fluviali dei tropici sono particolarmente importanti per l'equilibrio dell'azoto nel suolo. Forniscono azoto e ossigeno ai terreni e alle piante di queste terre in quantità significative, mantenendone la fertilità. Rispetto ad altri microrganismi, l’importanza delle alghe nella formazione del suolo è ancora relativamente limitata. Ciò è spiegato dal fatto che la quantità totale di biomassa di alghe è in media di 0,5-1 t/ha.
Funghi del terreno
Batteri
I batteri sono i minuscoli organismi unicellulari più numerosi e diversificati che popolano il suolo. La loro dimensione è molto piccola: 0,5-2 micron.
I batteri, insieme alle alghe, ai funghi e ai protozoi presenti nel suolo, svolgono la funzione di formazione dell'humus e di completa mineralizzazione della sostanza organica. Sono stati descritti circa 50 generi e fino a 250 specie di batteri del suolo. Tra i tanti gruppi di batteri, due o tre sono di particolare importanza nella formazione del suolo: i veri batteri, gli attinomiceti e i mixobatteri. I veri batteri sono divisi in due gruppi: non spore e spore. Il gruppo delle non spore comprende batteri autotrofi che sintetizzano essi stessi la materia organica e quindi possono esistere in un ambiente in cui qualsiasi forma di materia organica è completamente assente. Si tratta di batteri che ossidano l'idrogeno (Bacterium idrogenius), composti del carbonio (Bact. methanicus), batteri del ferro e batteri dello zolfo che ossidano ferro e zolfo, batteri nitrificanti che ossidano l'ammoniaca in nitriti e quest'ultimo in nitrati (Tabella 29). Il ruolo dei batteri autotrofi era particolarmente significativo prima della comparsa delle alghe e delle piante verdi che sintetizzano sostanze organiche.
Lo stesso gruppo di batteri non spore comprende i cosiddetti semiautotrofi, che fissano l'azoto dall'aria del suolo, ma allo stesso tempo richiedono materia organica. I batteri che fissano l'azoto vivono liberamente o in simbiosi con le leguminose, formando peculiari noduli e noduli sulle radici. I batteri del genere Phizobium Azotobactcr e Clostridium vivono liberamente nel terreno e fissano l'azoto nell'aria del terreno. Nel corso di un anno questi microrganismi possono accumulare nel terreno fino a 50-300 kg/ha di azoto, distruggendo e ossidando una proporzionale quantità di sostanza organica. Su questa base si basa la pratica di aggiungere al terreno sostanze vegetali (paglia, foglie, fertilizzanti verdi, ecc.) che forniscono “nutrizione” di fissatori di azoto e ne attivano l'attività. Per migliorare la fissazione dell'azoto nei campi vengono utilizzati speciali fertilizzanti batterici.
Gli attinomiceti sono considerati organismi di transizione tra batteri e funghi. Sono tipici organismi eterotrofi. Nella forma, sono organismi unicellulari ramificati, di dimensioni leggermente più grandi dei veri batteri. Le ife più sottili (meno di 1 micron) sono piuttosto lunghe. Da questo gruppo di batteri, Waksman ha isolato ceppi di streptomiceti che producono il famoso antibiotico streptomicina, che ha un'attività enorme. Alcune specie di attinomiceti vengono utilizzate per produrre vitamine. Gli attinomiceti conferiscono al suolo l'odore caratteristico del terreno appena arato. Nel suolo, gli attinomiceti sono strettamente associati alla materia organica in decomposizione, scomponendo e consumando fibre, emicellulosa, proteine e, apparentemente, anche lignina. Gli actinomiceti sono microrganismi aerobici e svolgono un ruolo importante nei terreni dei climi secchi e caldi.
I batteri portatori di spore sono, secondo S.N. Mishustin, un indicatore sensibile della direzione del processo di formazione del suolo, dell'età dei suoli e del grado di coltivazione. Alcuni microbiologi hanno introdotto il concetto di biogenicità del suolo e di complesso bioorgano-minerale dei suoli. Quest'ultimo comprende strati superficiali di minerali, colloidi organici e organominerali, microrganismi, acqua e gas. Maggiore è la biogenicità del suolo, maggiore è la loro fertilità. I terreni coltivati e irrigati hanno sempre una biogenicità relativamente più elevata. La produzione attiva di anidride carbonica nei suoli è uno degli indicatori della loro biogenicità. L'anidride carbonica è un prodotto metabolico universale degli organismi del suolo: la produzione annua di CO2 nel suolo può raggiungere i 3-4 e anche gli 8 mila l/ha. L'anidride carbonica nell'aria sotterranea è un prodotto del metabolismo degli organismi del suolo e il risultato della mineralizzazione dei composti organici.
Le piante agricole su terreni altamente biogenici come i chernozem e i terreni dei prati vallivi, grazie al lavoro dei microrganismi, ricevono composti fisiologicamente attivi, nutrimento di azoto e fosforo e una concentrazione relativamente maggiore di anidride carbonica, così necessaria per la fotosintesi. I terreni coltivati, di regola, sono ricchi di microrganismi batterici, contengono forme attive di Azotobacter e sono arricchiti con composti fisiologicamente attivi. Nei terreni acidi ghiacciati del nord e nelle torbe, a causa della bassa attività dei microrganismi, le piante sono scarsamente fornite di nutrimento ormonale e vitaminico, nonché di composti minerali di azoto e fosforo. L'aria superficiale nell'Artico ha una concentrazione di anidride carbonica 2 volte inferiore (secondo A.A. Grigoriev - 0,16% anziché 0,03%). Ciò riduce significativamente la fertilità del suolo dell’intero nord. Anche i terreni dei deserti, soprattutto quelli subtropicali e tropicali, a causa della secchezza e del riscaldamento fino a 70-80 ° C, sono impoveriti di batteri.
Virus (batteriofago)
I microrganismi sono invisibili agli occhi e quindi le persone tendono a sottovalutare il loro ruolo nella biosfera e nella formazione del suolo. Nel frattempo, da quanto sopra, è ovvio che i microrganismi sono una componente essenziale di qualsiasi biogeocenosi naturale. Sia le catene trofiche che le piramidi ecologiche, che illustrano il processo di distruzione della biomassa e di ridistribuzione dell'energia accumulata nella fitomassa e nello zoom di ciascun paesaggio, includono collegamenti complessi nel mondo dei microrganismi.
A differenza del mondo animale, molti microrganismi autotrofi ricostituiscono in una certa misura la biomassa e le riserve energetiche accumulate, estendendo il ciclo biogenico delle sostanze della biosfera nella sua parte del suolo. La microbiomassa nei suoli terrestri in peso è in numeri assoluti circa 1 * 10 9 t, che in relazione alla fitobiomassa è pari solo allo 0,0001%, tuttavia, l'incredibile tasso di riproduzione e cambiamenti generazionali nei microrganismi è così elevato che l'importanza geochimica e del suolo dell’attività dei microrganismi nella biosfera equivale al valore dell’attività vegetale e forse addirittura lo supera.
Vegetazione (superiore e inferiore) crea un ciclo biologico delle sostanze ceneri in natura e arricchisce il terreno di residui organici. È il fattore principale nella formazione del suolo.
L'essenza del processo di formazione del suolo si manifesta in natura attraverso le formazioni vegetali. Le formazioni vegetali sono combinazioni di piante superiori e inferiori che interagiscono in determinate condizioni ambientali.
Sul territorio della Russia si distinguono i seguenti gruppi di formazioni vegetali (N.N. Rozov): 1) legnoso (foreste di taiga, foreste decidue, foreste di regioni subtropicali umide); legnoso-erbaceo di transizione (foreste xerofitiche); erbacee (prati aridi e paludosi, steppe temperate, steppe arbustive subtropicali); 4) deserto; 5) licheni (tundra, torbiere alte).
Ogni gruppo di formazioni vegetali è caratterizzato dalle proprie caratteristiche: la composizione delle sostanze organiche, le caratteristiche del loro ingresso nel suolo e la decomposizione, nonché l'interazione dei prodotti di decomposizione con la parte minerale del suolo.
Differenze nelle formazioni vegetali- la ragione principale della diversità dei suoli in natura. Nelle stesse condizioni della zona della foresta della taiga, i terreni podzolici si sviluppano sotto le foreste chiuse di conifere e nei prati si formano terreni erbosi.
A seconda delle caratteristiche biologiche, della quantità e della qualità della biomassa creata e dell'impatto sul processo di formazione del suolo, le piante verdi si dividono in legnose ed erbacee.
Piante legnose(alberi, arbusti, sottoarbusti) - perenne, che vive per decine e centinaia di anni. Ogni anno muore solo una parte della loro massa terrestre (aghi, foglie, rami, frutti) e si deposita sulla superficie del suolo sotto forma di rifiuti o rifiuti forestali. Le piante legnose sono caratterizzate dalla creazione di un'enorme biomassa, principalmente in superficie, ma la loro caduta annuale di rifiuti è inferiore alla loro crescita, e quindi una quantità relativamente piccola di elementi di cenere e azoto viene restituita al suolo con i rifiuti. La lettiera degli alberi, in particolare delle conifere, contiene molte fibre, lignina, tannini e resine. I prodotti della decomposizione dei rifiuti forestali interagiscono con il terreno in soluzione quando lo strato di terreno viene lavato con sedimenti.
Durata della vita delle piante erbacee varia da poche settimane (effimeri) a 1-2 anni (cereali) e 3-5 anni (legumi). Tuttavia, radici e rizomi vivono fino a 7-15 anni o più.
Nei processi di formazione del suolo, l'effetto delle piante erbacee è maggiore di quello delle piante legnose, anche se la quantità di biomassa creata dalle associazioni erbacee è inferiore. Ciò si spiega con la breve durata di vita delle piante erbacee e con il rapido ricambio di tutti i componenti che esse coinvolgono nel ciclo biologico del sistema pianta-suolo. Il terreno viene annualmente arricchito con resti organici di erbe sotto forma di massa macinata (purché non alienata) e radici. I residui radicali, a differenza della massa terrestre, si decompongono direttamente in loco, nel terreno, e i prodotti della loro decomposizione interagiscono con la sua parte minerale.
Resti di piante erbacee Rispetto ai rifiuti forestali contengono meno fibre, più proteine, elementi di cenere e azoto. I residui erbacei sono caratterizzati da una reazione neutra o leggermente alcalina.
Muschi- organismi vegetali privi di apparato radicale e che assorbono i nutrienti su tutta la superficie dei loro organi. Si trovano ampiamente sotto la volta delle foreste e nelle paludi. I muschi si attaccano a qualsiasi substrato con rizoidi. Possono assorbire e trattenere grandi quantità di umidità, quindi il processo di decomposizione dei residui vegetali procede lentamente, con graduale accumulo di torba e ristagni idrici. Nella formazione delle torbiere alte è da sottolineare in particolare il ruolo dei muschi di sfagno (bianchi).
Microrganismi. Tra i microrganismi del suolo sono ampiamente rappresentati batteri, funghi, attinomiceti, alghe e protozoi. Il maggior numero di microrganismi si trova nei suoi strati superiori, dove si concentra la maggior parte della materia organica e delle radici delle piante viventi.
I microrganismi contribuiscono alla decomposizione dei residui organici nel terreno.
In relazione all'aria, i microrganismi si distinguono tra aerobici e anaerobici. Gli aerobici sono organismi che consumano ossigeno durante la loro vita; anaerobi: vivono e si sviluppano in un ambiente privo di ossigeno. Ottengono l'energia necessaria per la vita come risultato di reazioni redox accoppiate. Le reazioni di decomposizione e sintesi che si verificano nel suolo sono influenzate da vari enzimi prodotti dai microrganismi. A seconda del tipo di terreno e del grado di coltivazione, il numero totale di microrganismi in 1 g di terreno fradicio-podzolico può raggiungere 0,6-2,0 miliardi, chernozem - 2-3 miliardi.
Batteri- il tipo più comune di microrganismi del suolo. Secondo il metodo di nutrizione, si dividono in autotrofi, che assorbono carbonio dall'anidride carbonica, ed eterotrofi, che utilizzano carbonio da composti organici.
I batteri aerobici ossidano varie sostanze organiche nel terreno, compreso il processo di ammonificazione: la decomposizione delle sostanze organiche azotate in ammoniaca, l'ossidazione delle fibre, della lignina, ecc.
Decomposizione dei residui organici i batteri anaerobici eterotrofi sono chiamati processo di fermentazione (fermentazione di carboidrati, sostanze pectiniche, ecc.). Insieme alla fermentazione in condizioni anaerobiche, avviene la denitrificazione, la riduzione dei nitrati in azoto molecolare, che può portare a perdite significative di azoto nei terreni con scarsa aerazione.
Fattore biologico di formazione del suolo- Tre gruppi di organismi partecipano alla formazione del suolo: piante verdi, microrganismi e animali che compongono biocenosi complesse.
Vegetazione. Le piante sono l’unica fonte primaria di sostanza organica nel suolo. La loro funzione principale come formatori del suolo dovrebbe essere considerata il ciclo biologico delle sostanze: la sintesi della biomassa dovuta all'anidride carbonica atmosferica, all'energia solare, all'acqua e ai composti minerali provenienti dal suolo. La biomassa vegetale sotto forma di residui radicali e lettiera viene restituita al terreno. La natura della partecipazione delle piante verdi alla formazione del suolo è diversa e dipende dal tipo di vegetazione e dall'intensità del ciclo biologico (Tabella 5.1).
Tutti gli organismi viventi sulla Terra formano comunità biologiche (cenosi) e formazioni biologiche, con le quali i processi di formazione e sviluppo del suolo sono indissolubilmente legati,
La dottrina delle formazioni vegetali dal punto di vista della scienza del suolo è stata sviluppata da V. R. Williams. Come criterio principale per dividere le formazioni vegetali, ha adottato indicatori come la composizione dei gruppi vegetali, le caratteristiche dell'ingresso della materia organica nel suolo e la natura della sua decomposizione sotto l'influenza di microrganismi con diversi rapporti di processi aerobici e anaerobici .
Attualmente, quando si studia il ruolo delle cenosi delle piante nella formazione del suolo, viene inoltre presa in considerazione la natura e l'intensità del ciclo biologico delle sostanze; Ciò consente di ampliare lo studio delle formazioni vegetali dal punto di vista della scienza del suolo e di fornirne una suddivisione più dettagliata.
Secondo N.N. Rozov, si distinguono i seguenti gruppi principali di formazioni vegetali:
- formazione di vegetazione legnosa: foreste di taiga, foreste di latifoglie, foreste pluviali subtropicali e foreste pluviali tropicali;
- formazioni vegetali legnose-erbacee di transizione: foreste xerofitiche, savane;
- formazione vegetale erbacea: prati aridi e paludosi, praterie erbose, steppe temperate, steppe arbustive subtropicali;
- formazione vegetale del deserto: vegetazione delle zone pedoclimatiche subboreali, subtropicali e tropicali;
- formazione vegetale di licheni-muschi: tundra, torbiere alte.
La vegetazione forestale è una vegetazione perenne, quindi i suoi resti arrivano principalmente sulla superficie del suolo sotto forma di lettiera, da cui si forma la lettiera forestale. I prodotti di decomposizione idrosolubili entrano nello strato minerale del terreno. Una caratteristica del ciclo biologico nella foresta è la conservazione a lungo termine di una quantità significativa di nutrienti vegetali di azoto e ceneri nella biomassa perenne e la loro esclusione dal ciclo biologico annuale. In diverse condizioni naturali si formano diversi tipi di foreste, che determinano la natura del processo di formazione del suolo e, di conseguenza, il tipo di suolo che si forma.
La vegetazione erbacea forma una fitta rete di sottili radici nel terreno, intrecciando l'intera parte superiore del profilo del suolo, la cui biomassa solitamente supera la biomassa della parte fuori terra. Poiché la parte fuori terra della vegetazione erbacea viene alienata dall'uomo e mangiata dagli animali, la principale fonte di sostanza organica nel terreno sotto la vegetazione erbacea sono le radici. Gli apparati radicali ed i loro prodotti di umificazione strutturano la parte superiore del profilo, abitata dalle radici, nella quale si va progressivamente formando un orizzonte humus ricco di elementi nutritivi. L'intensità dei processi è determinata dalle condizioni naturali, poiché a seconda del tipo di formazioni erbacee, la quantità di biomassa formata e l'intensità del ciclo biologico sono diverse. Pertanto, in diverse condizioni naturali, si formano diversi suoli sotto la vegetazione erbacea. La vegetazione muschio-lichene è caratterizzata dal fatto che, con elevata capacità di umidità, ha una bassa attività nel ciclo biologico. Questo è il motivo della conservazione dei residui vegetali morenti, che, con sufficiente ed eccessiva umidità, si trasformano in torba, e con la costante essiccazione vengono facilmente spazzati via dal vento.
Microrganismi. (Il ruolo dei microrganismi nella formazione del suolo non è meno significativo del ruolo delle piante. Nonostante le loro piccole dimensioni, a causa del loro gran numero, hanno un'enorme superficie totale e quindi entrano attivamente in contatto con il suolo. Secondo E. N. Mishustin, per 1 ettaro di strato di terreno coltivabile la superficie attiva dei batteri raggiunge 5 milioni di m 2. A causa del breve ciclo di vita e dell'elevato tasso di riproduzione, i microrganismi arricchiscono in tempi relativamente brevi il terreno con una quantità significativa di sostanza organica) Secondo i calcoli di I. V. Tyurin , l'apporto annuale di sostanza microbica secca nel suolo può essere pari a 0,6 tga. (Questa biomassa, ricca di proteine, contenente molto azoto, fosforo, potassio, è di grande importanza per la formazione del suolo e la formazione della fertilità del suolo.
I microrganismi sono il fattore attivo la cui attività è associata ai processi di decomposizione delle sostanze organiche e alla loro trasformazione in humus del suolo. I microrganismi fissano l'azoto atmosferico. Secernono enzimi, vitamine, crescita e altre sostanze biologiche. L'apporto di nutrienti vegetali nella soluzione del suolo e, di conseguenza, la fertilità del suolo dipendono dall'attività dei microrganismi.
Il tipo più comune di microrganismi del suolo sono i batteri. Il loro numero varia da diverse centinaia di migliaia a miliardi per grammo di terreno. A seconda del metodo di alimentazione, i batteri si dividono in eterotrofi e autotrofi.
Batteri eterotrofi utilizzare il carbonio proveniente da composti organici, decomponendo i residui organici in semplici composti minerali.
Batteri autotrofi assorbono il carbonio dall'anidride carbonica atmosferica e ossidano i composti minerali sottoossidati formati durante l'attività degli eterotrofi.
In base al tipo di respirazione, i batteri si dividono in aerobici, che si sviluppano in presenza di ossigeno molecolare, e anaerobici, che non necessitano di ossigeno libero per la loro evoluzione.
La stragrande maggioranza dei batteri si sviluppa meglio in un ambiente neutro. In un ambiente acido sono inattivi.
Actinomiceti (batteri della muffa o funghi radianti) si trovano nei terreni in quantità minori rispetto ad altri batteri; tuttavia, sono molto diversi e svolgono un ruolo importante nel processo di formazione del suolo. Gli attinomiceti decompongono la cellulosa, la lignina, l'humus nel terreno e partecipano alla formazione dell'humus. Si sviluppano meglio in terreni a reazione neutra o leggermente alcalina, ricchi di sostanza organica e ben coltivati.
Funghi- saprofiti - organismi eterotrofi. Si trovano in tutti i terreni. Avendo un micelio ramificato, i funghi intrecciano densamente la materia organica nel terreno. In condizioni aerobiche decompongono fibre, lignina, grassi, proteine e altri composti organici. I funghi partecipano alla mineralizzazione dell'humus del suolo.
I funghi sono in grado di entrare in simbiosi con le piante, formando micorrize interne o esterne. In questa simbiosi, il fungo riceve nutrimento di carbonio dalla pianta e fornisce esso stesso alla pianta l'azoto formato durante la decomposizione dei composti organici contenenti azoto nel terreno.
Alga marina distribuito in tutti i suoli, prevalentemente nello strato superficiale. Contengono clorofilla nelle loro cellule, grazie alla quale sono in grado di assorbire l'anidride carbonica e rilasciare ossigeno.
Le alghe partecipano attivamente ai processi di erosione delle rocce e al processo primario di formazione del suolo.
Licheni in natura si sviluppano solitamente su terreni poveri, substrati rocciosi, pinete, tundra e deserto.
Il lichene è una simbiosi di funghi e alghe. Le alghe licheni sintetizzano la materia organica utilizzata dal fungo e il fungo fornisce alle alghe acqua e minerali disciolti in esso.
I licheni distruggono la roccia biochimicamente - mediante dissoluzione e meccanicamente - con l'aiuto di ife e talli (corpo del lichene), saldamente fusi con la superficie.
Dal momento in cui i licheni si depositano sulle rocce, iniziano gli agenti atmosferici biologici più intensi e la formazione primaria del suolo.
Protozoi sono rappresentati nel terreno dalle classi dei rizomi (amebe), dei flagellati e dei ciliati. Si nutrono principalmente di microrganismi che popolano il suolo. Alcuni protozoi contengono clorofilla diffusamente disciolta nel protoplasma e sono in grado di assimilare anidride carbonica e sali minerali. Alcune specie possono decomporre proteine, carboidrati, grassi e persino fibre.
Le epidemie di attività protozoaria nel suolo sono accompagnate da una diminuzione del numero di batteri. Pertanto, è consuetudine considerare la manifestazione dell'attività protozoaria come un indicatore negativo della fertilità. Allo stesso tempo, alcuni dati indicano che in alcuni casi, con lo sviluppo delle amebe nel terreno, aumenta la quantità di forme assimilabili di azoto.
I microrganismi nel suolo formano una biocenosi complessa, in cui i loro vari gruppi si trovano in determinate relazioni che cambiano a seconda dei cambiamenti nelle condizioni di formazione del suolo.
La natura delle biocenosi microbiche è influenzata dalle condizioni dell'acqua, dell'aria e dai regimi termici dei suoli, dalla reazione dell'ambiente (acida o alcalina), dalla composizione dei residui organici, ecc. Pertanto, con un aumento dell'umidità del suolo e un deterioramento nell'aerazione aumenta l'attività dei microrganismi anaerobici; Con un aumento dell'acidità della soluzione del terreno, i batteri vengono inibiti e i funghi vengono attivati.
Tutti i gruppi di microrganismi sono sensibili ai cambiamenti delle condizioni esterne, quindi la loro attività è molto irregolare durante tutto l'anno. A temperature dell'aria molto alte e basse, l'attività biologica nel suolo si congela.
(Regolando le condizioni di vita dei microrganismi, possiamo influenzare in modo significativo la fertilità del suolo. Garantendo una composizione libera dello strato arabile e condizioni di umidità ottimali, neutralizzando l'acidità del suolo, favoriamo lo sviluppo della nitrificazione e l'accumulo di azoto, la mobilitazione di altri nutrienti e, in generale, creano condizioni favorevoli per lo sviluppo delle piante.)
Animali. La fauna del suolo è piuttosto numerosa e diversificata, è rappresentata da invertebrati e vertebrati.
I formatori del suolo più attivi tra gli invertebrati sono i lombrichi. A partire da Charles Darwin, molti scienziati hanno notato il loro importante ruolo nel processo di formazione del suolo.
I lombrichi sono distribuiti quasi ovunque sia nei terreni coltivati che in quelli vergini. Il loro numero varia da centinaia di migliaia a diversi milioni per ettaro. Muovendosi all'interno del terreno e nutrendosi di detriti vegetali, i lombrichi partecipano attivamente alla lavorazione e alla decomposizione dei residui organici, facendo passare attraverso se stessi un'enorme massa di terreno durante il processo di digestione.
Secondo N.A. Dimo, sui terreni grigi coltivati irrigati, i lombrichi gettano ogni anno fino a 123 tonnellate di terreno lavorato sulla superficie di 1 ettaro sotto forma di escrementi (coproliti). I coproliti sono grumi ben aggregati arricchiti di batteri, materia organica e carbonato di calcio. La ricerca di S.I. Ponomareva ha stabilito che le emissioni di lombrichi sul terreno sod-podzolico hanno una reazione neutra e contengono il 20% in più di humus e calcio assorbito. Tutto ciò suggerisce che i lombrichi migliorano le proprietà fisiche dei suoli, rendendoli più sciolti, più permeabili all’aria e all’acqua, aumentandone così la fertilità.
insetti- Anche formiche, termiti, bombi, vespe, scarafaggi e le loro larve partecipano al processo di formazione del suolo. Effettuando numerosi movimenti nel terreno, allentano il terreno e ne migliorano le proprietà idriche e fisiche. Inoltre, nutrendosi di residui vegetali, li mescolano con il terreno e, quando muoiono, servono essi stessi come fonte per arricchire il terreno con materia organica.
Vertebrati- lucertole, serpenti, marmotte, topi, roditori, talpe - fanno un ottimo lavoro nel mescolare il terreno. Facendo tane nel terreno, gettano una grande quantità di terra in superficie. I passaggi risultanti (talpe) sono riempiti con una massa di terreno o roccia e sul profilo del terreno hanno una forma arrotondata, caratterizzata dal colore e dal grado di compattazione. Nelle regioni steppiche, gli animali scavatori mescolano così tanto gli orizzonti superiore e inferiore che sulla superficie si forma un microrilievo tubercolato e il terreno è caratterizzato come chernozem scavato (talpa), terreno di castagno scavato o terreno grigio.
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Il ruolo principale nella formazione del suolo appartiene alle piante verdi, soprattutto a quelle più alte. Innanzitutto, il loro ruolo sta nel fatto che la formazione della sostanza organica è associata alla fotosintesi, che avviene solo nella foglia verde della pianta. Assorbendo l'anidride carbonica dall'aria, l'acqua, l'azoto e le ceneri della roccia (che poi si trasformano in terreno), le piante verdi, utilizzando l'energia radiante del sole, sintetizzano una varietà di composti organici.
Dopo che le piante muoiono, la materia organica che creano entra nel terreno e quindi lo fornisce ogni anno con elementi come ceneri e azoto, cibo ed energia. La quantità di energia solare accumulata nella materia organica sintetizzata è molto elevata e ammonta a circa 9,33 kcal per 1 g di carbonio. Con una caduta annua dei residui vegetali da 1 a 21 tonnellate per 1 ettaro (corrispondenti a 0,5-10,5 tonnellate di carbonio), in essi si concentrano circa 4,7-106 - 9,8-107 kcal di energia solare. Si tratta di una quantità davvero enorme di energia che viene utilizzata durante la formazione del suolo.
Diversi tipi di piante verdi - legnose ed erbacee - differiscono per la quantità e la qualità della biomassa che creano e per la quantità di questa che entra nel terreno.
Nelle piante legnose, ogni anno muore solo una parte della massa organica formatasi durante l'estate (aghi, foglie, rami, frutti) e il terreno si arricchisce di sostanza organica principalmente dalla superficie. L'altra parte, spesso più consistente, rimane nella pianta viva, servendo come materiale per ispessire il fusto, i rami e le radici.
Nelle piante erbacee annuali gli organi vegetativi esistono per un anno e la pianta muore ogni anno, ad eccezione dei semi maturi; le piante erbacee perenni hanno germogli sotterranei con nodi accresciuti, rizomi, ecc., dai quali l'anno successivo si sviluppa una nuova parte fuori terra della pianta con un nuovo apparato radicale. Pertanto, la vegetazione erbacea apporta materia organica al suolo sotto forma di parti e radici fuori terra che muoiono ogni anno. I muschi, che non hanno un apparato radicale, arricchiscono il terreno con la materia organica proveniente dalla superficie.
La natura dell'ingresso dei residui vegetali nel suolo determina l'ulteriore corso della trasformazione dei composti organici, la loro interazione con la parte minerale del suolo, che influenza i processi di formazione del profilo del suolo, della composizione e delle proprietà del suolo.
Il maggiore accumulo di materia organica si verifica nelle comunità forestali. Pertanto, nelle foreste di abeti rossi della taiga settentrionale e meridionale, la biomassa totale è di 100-330 tonnellate per 1 ettaro, nelle pinete - 280, nelle foreste di querce - 400 tonnellate per 1 ettaro. Una massa ancora maggiore di materia organica si forma nelle foreste tropicali sempreverdi subtropicali e umide: più di 400 tonnellate per 1 ettaro.
La vegetazione erbacea è caratterizzata da una produttività significativamente inferiore. Le steppe dei prati settentrionali aumentano la biomassa a 25 tonnellate per 1 ettaro, nelle steppe secche è di 10 tonnellate e nelle steppe desertiche semi-arbustive questo valore diminuisce a 4,3 tonnellate.
Nelle tundre artiche, la biomassa è al livello delle comunità desertiche e nelle tundre arbustive raggiunge il livello delle steppe prative.
La dimensione della massa organica che entra nel suolo è determinata dal tipo di vegetazione e dalla quantità annua di lettiera, che dipende dalla crescita e dal rapporto tra massa fuori terra e radici. Pertanto, in un bosco di abeti rossi, la lettiera media annuale di piante è di 3,5-5,5 tonnellate per 1 ettaro, in una pineta - 4,7, in un bosco di betulle - 7,0, in un bosco di querce - 6,5 tonnellate per 1 ettaro.
Nelle foreste subtropicali e tropicali, la caduta annuale dei rifiuti è molto grande: 21-25 tonnellate per 1 ettaro.
Nelle steppe dei prati, i rifiuti annuali sono di 13,7 tonnellate per 1 ettaro, nelle steppe secche - 4,2 tonnellate, nelle steppe desertiche e semi-arbustive - 1,2 tonnellate. Allo stesso tempo, la maggior parte - 70-87% - dei rifiuti morti delle steppe dei prati la vegetazione è contabilizzata sugli apparati radicali delle erbe. Ciò spiega in una certa misura la grande disponibilità di humus nel terreno sotto vegetazione erbacea.
Il grande ruolo delle piante verdi nella formazione del suolo risiede nel fatto che la loro attività vitale determina uno dei processi più importanti: la migrazione biologica e la concentrazione di elementi di cenere e azoto nel suolo e, insieme ai microrganismi, il ciclo biologico delle sostanze in natura.
Nelle foreste della zona temperata, il consumo e il rendimento annuo con rifiuti della quantità di elementi di cenere e azoto sono rispettivamente 118-380 e 100-350 kg per 1 ettaro. Allo stesso tempo, i boschi di betulle e querce creano un ciclo di sostanze più intenso rispetto ai boschi di pini e abeti rossi. Pertanto, i terreni formati sotto di loro saranno più fertili.
Nelle associazioni erbacee dei prati, la quantità di elementi di cenere e di azoto coinvolti nel ciclo biologico è significativamente maggiore che in vari tipi di foreste temperate, e il consumo e il ritorno di sostanze con i rifiuti al suolo sono equilibrati e ammontano a circa 682 kg per 1. ah. Naturalmente i terreni sotto le steppe prative sono più fertili di quelli sotto le foreste.
I processi di decomposizione dei residui organici sono fortemente influenzati dalla loro composizione chimica.
I residui organici sono costituiti da una varietà di elementi di cenere, carboidrati, proteine, lignina, resine, tannini e altri composti e il loro contenuto nella lettiera di diverse piante varia. Tutte le parti della maggior parte delle specie arboree sono ricche di tannini e resine, contengono molta lignina e pochi elementi di cenere e proteine. Pertanto, i resti delle piante legnose si decompongono lentamente e principalmente ad opera dei funghi. A differenza degli alberi, la vegetazione erbacea, salvo poche eccezioni, non contiene tannini ed è più ricca di sostanze proteiche ed elementi ceneri, per cui i resti di questa vegetazione sono facilmente soggetti alla decomposizione batterica nel terreno.
Inoltre, ci sono altre differenze tra questi gruppi di piante. Pertanto, tutte le piante legnose depositano foglie morte, aghi, rami e germogli durante tutto l'anno, principalmente sulla superficie del suolo. Nel corso di un anno, gli alberi lasciano una quantità relativamente piccola di materia organica morta nello strato del terreno, poiché il loro apparato radicale è perenne.
Le piante erbacee, nelle quali ogni anno muoiono tutti gli organi vegetativi fuori terra e in parte le radici, depositano la materia organica morta sia sulla superficie del suolo che a varie profondità.
La vegetazione erbacea è divisa in tre gruppi: prato, steppa e palude.
Nelle piante da prato - fleolo, gallo cedrone, bluegrass, festuca, coda di volpe, vari trifogli e altre erbe perenni - la massa fuori terra muore ogni anno all'inizio dell'inverno con l'inizio di gelate persistenti.
La vegetazione della steppa muore soprattutto in estate a causa della siccità fisica del suolo. A questo punto, la flora della steppa di solito completa il suo ciclo di sviluppo e produce semi vitali. I residui vegetali finiscono in condizioni di insufficiente umidità del suolo, ad es. in condizioni opposte a quelle in cui si trova la massa organica della vegetazione prativa al momento della morte. Nel tardo autunno, all'inizio della morte della vegetazione del prato, tutti gli spazi del terreno sono solitamente riempiti d'acqua e quindi l'accesso dell'aria al suolo viene completamente interrotto. Le piante del prato si trovano in condizioni simili in primavera, quando il terreno si scioglie, mentre la quantità di acqua nel terreno raggiunge il massimo e la quantità di aria al minimo. La decomposizione dei residui vegetali, quindi, avviene lentamente senza accesso all'aria, il che porta all'accumulo di materia organica nel terreno.
I resti della vegetazione palustre si decompongono ancora più lentamente, sperimentando un costante eccesso di umidità.
Ma non importa quanto i singoli gruppi di piante verdi differiscano tra loro per determinate caratteristiche, la loro principale importanza nella formazione del suolo è ridotta alla sintesi della sostanza organica dai composti minerali. La materia organica, che svolge un ruolo importante nella fertilità del suolo, può essere creata solo dalle piante verdi.
