9. Почва как среда обитания, основные свойства почвы. Приспособление организмов к жизни в почве.

Почва обладает плодородием — является наиболее благоприятным субстратом или средой обитания для подавляющего большинства живых существ — микроорганизмов, животных и растений. Показательно также, что по их биомассе почва (суша Земли) почти в 700 раз превосходит океан, хотя на долю суши приходится менее 1/3 земной поверхности.

Органические соединения почвы формируются в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. В процессе почвообразования происходит накопление органического вещества на поверхности почвы и в ее верхних горизонтах. Разное соотношение процессов поступления растительных и животных остатков в почву и процессов их преобразования, а также разная напряженность этих процессов приводят к тому, что характер горизонтов накопления органического вещества отличается большим разнообразием.

Растительные и животные остатки, попадая в почву, претерпевают сложные изменения. Часть их полностью распадается до углекислоты, воды и простых солей (процесс минерализации). Другая часть преобразуется в сложные новые специфические органические вещества самой почвы — гумусовые вещества (процесс гумификации). Совокупность же специфических и неспецифических органических веществ почв, растительных и животных остатков разной степени разложения, кроме тех, которые еще не утратили тканевого строения, получила название гумуса, или перегноя.

Гумусовые вещества почвы состоят из гуминовых кислот, фульвокислот и гумина. Соотношения между ними определяют качественную характеристику гумуса разных типов почв. Обычно учитывается прежде всего отношение углерода гуминовых кислот (Сг) к углероду фульвокислот (Сф). В том случае, когда это отношение меньше 1, гумус фульватный; когда отношение Сг: Сф больше 1 — гумус гуматный.

Почвенные горизонты обычно характеризуются содержанием гумуса в процентах. Перегнойные и торфяные горизонты характеризуются потерей при прокаливании. Потеря при прокаливании — убыль в весе почвы при нагревании ее до 450-500°С при свободно доступе воздуха за счет потери воды и органических веществ — выражается также в процентах.

Следующей важной характеристикой химических свойств почв является степень их кислотности. Она определяется в суспензиях, полученных при взбалтывании почв с водой (актуальная кислотность) или раствором КCl ( обменная кислотность), и выражается в единицах pH. По величине степени кислотности различают кислые, нейтральные и щелочные почвы. В зависимости от степени кислотности определяют нуждаемость почв в известковании или гипсовании и нормы внесения извести и гипса.

Одной из важнейших сторон почвообразования является образование почвенных коллоидов и формирование почвенного поглощающего комплекса, способного удерживать катионы кальция, магния, натрия, калия, аммония, алюминия, железа и водорода в обменном и необменном состоянии.

Общее количество поглощенных оснований Са**, Mg**, Na*, К*, NH4 называют суммой поглощенных оснований. Эту величину выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы (мг-экв на 100 г почвы). Суммарное количество всех обменных катионов называют емкостью поглощения или емкостью обмена и также выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Такие же характеристики имеет поглощение почвами анионов — Сl'1, NO'3, SO'4, РО'4, OH'.

Наличие в составе поглощенных катионов водорода и алюминия обусловливает гидролитическую кислотность почв, величина которой также выражается в мг-экв на 100 г почвы. Отношение суммы поглощенных оснований к величине суммы поглощенных оснований плюс гидролитическая кислотность, выраженное в процентах, называют степенью насыщенности почв основаниями или насыщенностью. По величине степени насыщенности почв основаниями решают вопрос о нуждаемости почв в известковании, необходимых количествах извести и о формах внесения минеральных удобрений.

Одна из основных характеристик вещественного состава минеральной части почвы и его изменения в результате почвообразования может быть получена в итоге определения валового состава. Основные компоненты минеральной части почв — SiO2 — окись кремния (кремнекислота, кремнезем) и R2O3 — полуторные окислы. По изменению их содержания в профилях почв, сформированных на однородных, неслоистых породах, можно судить о наличии или отсутствии дифференциации почвенного профиля. Это прослеживается как по изменению абсолютного содержания окислов в разных горизонтах почвы (%SiO2, %R2O3), так и по изменению молекулярных отношений SiO2 : R2O3.

По количеству подвижных (доступных для питания растений) соединений азота, фосфора, калия оценивают естественное плодородие почв. Содержание этих соединений выражают в миллиграммах на 100 г сухой почвы. На основании данных о содержании подвижных соединений азота, фосфора, калия определяются нормы внесения минеральных удобрений — аммиачного азота, калийных и фосфорных удобрений.

В южных и юго-восточных районах нашей страны в почвах часто накапливаются водно-растворимые соли минеральных кислот, таких, как угольная (Na2CO3, CaCO3, MgCO3, NaHCO3), соляная (NaCl, СаСl2, MgCl2), серная (Na2SO4, CaSO4, MgSО4) и др. По степени растворимости в воде простые соли делятся на мало-, средне- и легкорастворимые. Малорастворимые соли в почвах — MgCO3 и СаСO3 — карбонаты кальция и магния, среднерастворимая соль — CaSO4 2Н2O — гипс, остальные соли относятся к легкорастворимым. Легкорастворимые соли в концентрациях более 0,25% токсичны для растений.

Обычно в профиле незасоленных почв соли распределяются в соответствии с их растворимостью. Легкорастворимые соли выносятся за пределы почвенного профиля, среднерастворимая соль — гипс появляется на значительной глубине (150-200 см), и несколько выше по профилю залегают малорастворимые соли — карбонаты.

Глубина и характер выделения солей учитываются при диагностике почв. В засоленных почвах легкорастворимые соли подтягиваются к поверхности. Морфологически засоление почв определяют в поле по выцветам легкорастворимых солей. Степень засоления почв определяется в лабораторных условиях путем анализа водной вытяжки. Для получения последней навеску почвы заливают определенным количеством специально очищенной воды и взбалтывают — легкорастворимые соли переходят в раствор. В полученном растворе определяют общее содержание солей по величине плотного остатка и состав солей.

Содержание в почвах карбонатов также является диагностическим признаком. В поле глубину залегания невидимых на глаз выделений карбонатов определяют элементарной химической реакцией. На небольшой образец почвы наносят несколько капель разбавленной минеральной кислоты. Обычно применяют 5- 10%-ную соляную кислоту. В случае присутствия карбонатов в почве протекает реакция между ними и кислотой с выделением пузырьков углекислоты, происходит так называемое вскипание почвы. При невысоком содержании карбонатов отмечается лишь слабое потрескивание.

Наряду с химическими свойствами важную роль в жизни почвы играют ее водно-физические свойства, такие, как водопроницаемость, влагоемкость, аэрация почвы и др.

Аэрация почвы в большой степени зависит от поступления воздуха, особенно кислорода, из атмосферы в поры почвы. Приток воздуха определяется в значительной мере порозностью почвы, т. е. объемом пор, заполненных почвенным воздухом (или почвенным раствором).

Поступление влаги в почву складывается из впитывания при частичном заполнении пор водой и фильтрации воды. Совокупность этих явлений объединяется понятием «водопроницаемость почвы». По скорости впитывания воды различают почвы хорошо-, средне- и слабоводопроницаемые. Фильтрация почвы, т. е. нисходящее передвижение влаги в почве или грунте при заполнении всех пор водой, зависит от многих факторов: механического состава, водопрочности агрегатов, плотности, сложения.

Количество воды, характеризующее водоудерживающую способность почвы, называют влагоемкостью. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, различают максимальную адсорбционную влагоемкость (влага, которая удерживается па поверхности частиц под действием сорбционных сил), капиллярную (запас воды, удерживаемый капиллярными силами), наименьшую (полевую) и полную влагоемкость или водовместимость (содержание воды в почве при заполнении всех пор водой).

С капиллярной влагоемкостью связано важное в агрономической науке понятие капиллярной каймы. Капиллярной каймой называется весь слой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы.

Наименьшая (полевая) влагоемкость — это количество влаги, которое сохраняется в почве (или грунте) при отсутствии капиллярного подтока после стенания избыточной гравитационной воды. Это максимальное количество воды, удерживаемое почвой в естественных условиях при отсутствии испарения и притока воды извне. Влагоемкость почвы зависит от механического, химического, минералогического состава почвы, ее плотности, пористости и т. д.

Аэрация, водопроницаемость, влагоемкость и другие водно-физические свойства почвы являются важными почвенными характеристиками, влияющими на плодородие почвы, ее хозяйственную ценность.

Почва — это среда обитания множества организмов. Существа, обитающие в почве, называются педобионтами. Наименьшими из них являются бактерии, водоросли, грибки и одноклеточные организмы, обитающие в почвенных водах. В одном м³ может обитать до 10¹⁴ организмов. В почвенном воздухе обитают беспозвоночные животные, такие как клещи, пауки, жуки, ногохвостки и дождевые черви. Они питаются остатками растений, грибницей и другими организмами. В почве обитают и позвоночные животные, одно из них — крот. Он очень хорошо приспособлен к обитанию в абсолютно тёмной почве, поэтому он глухой и практически слепой.

Неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных размеров она выступает как разная среда.

Для мелких почвенных животных, которых объединяют под названием нанофауна (простейшие, коловратки, тихоходки, нематоды и др.), почва — это система микроводоемов.

Для дышащих воздухом несколько более крупных животных почва предстает как система мелких пещер. Таких животных объединяют под названием микрофауна. Размеры представителей микрофауны почв — от десятых долей до 2-3 мм. К этой группе относятся в основном членистоногие: многочисленные группы клещей, первичнобескрылые насекомые (коллемболы, протуры, двухвостки), мелкие виды крылатых насекомых, многоножки симфилы и др. У них нет специальных приспособлений к рытью. Они ползают по стенкам почвенных полостей при помощи конечностей или червеобразно извиваясь. Насыщенный водяными парами почвенный воздух позволяет дышать через покровы. Многие виды не имеют трахейной системы. Такие животные очень чувствительны к высыханию.

Более крупных почвенных животных, с размерами тела от 2 до 20 мм, называют представителями мезофауны. Это личинки насекомых, многоножки, энхитреиды, дождевые черви и др. Для них почва — плотная среда, оказывающая значительное механическое сопротивление при движении. Эти относительно крупные формы передвигаются в почве либо расширяя естественные скважины путём раздвигания почвенных частиц, либо роя новые ходы.

Мегафауна или макрофауна почв — это крупные землерои, в основном из числа млекопитающих. Ряд видов проводит в почве всю жизнь (слепыши, слепушонки, цокоры, кроты Евразии, златокроты Африки, сумчатые кроты Австралии и др.). Они прокладывают в почве целые системы ходов и нор. Внешний облик и анатомические особенности этих животных отражают их приспособленность к роющему подземному образу жизни.

Кроме постоянных обитателей почвы, среди крупных животных можно выделить большую экологическую группу обитателей нор (суслики, сурки, тушканчики, кролики, барсуки и т. п.). Они кормятся на поверхности, но размножаются, зимуют, отдыхают, спасаются от опасности в почве. Целый ряд других животных использует их норы, находя в них благоприятный микроклимат и укрытие от врагов. Норники обладают чертами строения, характерными для наземных животных, но имеют ряд приспособлений, связанных с роющим образом жизни.