Газовий склад повітря

Для живих організмів основне значення має кількість вуглекислого газу та кисНю в повітрі. Для рослин вуглекислий газ є джерелом вуглецю при фотосинтезі. За здатністю поглинання вуглекислого газу з повітря рослини поділяються на два типи -з С₃- та з С₄-фотосинтезом. У рослин першого типу є тільки один поглинач вуглекислого газу – рибульозобіофосфат. У С₄-рослин таких поглиначів два: до рибульозобіофосфату додається ще фосфофенолпіровиноградна кислота. Тому С₄-рослини більш ефективно використовують ресурси С0₂ повітря.

Важливим є й загальнокліматичне значення вуглекислого газу в атмосфері. Річ у тому, що він прозорий для основного потоку сонячної радіації, але погано пропускає відбите від ґрунту теплове випромінювання. Тому вуглекислий газ є своєрідним термостатом нашої планети. При зростанні його вмісту в атмосфері відбувається потепління клімату, а при зниженні – похолодання. Із динамікою вуглекислого газу в атмосфері пов’язують обледеніння, які мали місце на планеті в минулому.

Кисень є незамінним окислювачем для всіх аеробних організмів – від мікроорганізмів до людини.

У цілому комплекс абіотичних факторів складає важливу інтегральну характеристику природного середовища. З погляду короткоплинності людського життя загальний режим абіотичних факторів інколи оцінюється як оптимальний, тому що він сприймається як статичний, незмінний. Але це помилкова точка зору. Природний режим був і залишається динамічним. Тільки змінність значень факторів життя в них завжди повільна і плавна. Наприклад, у часи обледеніння в Євразії, яке мало лише 10-70 тисяч років тому, та в часи потепління клімату, яке спостерігалося 6-9 тисяч років тому, температура в кінцевому підсумку в тому чи іншому регіоні значно змінювалася, але тільки на 0,5-1°С за століття. Тому не можна підганяти збереження природи, що нас оточує, до критерію статики режиму абіотичних факторів. Стурбованість має викликати не сама по собі динаміка режиму факторів навколишнього середовища, а надзвичайно швидка їх зміна, оскільки організми не адаптовані до них.

4.3. Ґрунт як бюкосний елемент екосистем

Засновником учення про ґрунт як біокосне тіло вважається В.В.Докучаев. Ще у 80-х роках XIX століття він визначив ґрунт як природно-історичне тіло, що утворюється під впливом клімату та живих організмів із геологічних порід. Найголовніше в його визначенні ґрунту – це наголос на тому, що без живих організмів ґрунту бути не може.

В екології ґрунтовий покрив розглядається як особлива підсистема біосфери – педосфера. Для утворення ґрунту необхідні п’ять головних факторів:

1. наявність материнської гірської породи, яка виступає як матеріальне джерело формування ґрунту;

2. наявність живих організмів;

3. рельєф місцевості, який впливає на характер трансформації гірської породи живими організмами і тип ґрунту, що формується;

4. клімат;

5) час, оскільки ґрунтоутворення є досить повільним процесом.

Але центральним фактором ґрунтоутворення все ж таки є живі організми. Саме вони в сукупній дії з іншими чотирма факторами утворюють зовсім нове біокосне природне тіло – ґрунт.

Екосистемні функції ґрунту різноманітні. Перш за все ґрунт забезпечує рослини поживними речовинами та водою. Тільки на ґрунті автотрофні зелені рослини повністю розкривають свій потенціал синтезу органічних речовин. Тому Л.О. Карпачевський (1989) правильно визначає родючість ґрунтів як властивість, що полягає в здатності забезпечувати рослини живленням та водою. Хоча, однак, екосистемні функції ґрунтів набагато ширші.

Ґрунти впливають на рослини та тварин тим, що трансформують усі інші кліматичні фактори. Ґрунт може підсилювати дію окремих абіотичних факторів, видозмінювати цю дію, а то й узагалі гасити її. Так, наприклад, чорноземи України здатні знижувати вплив атмосферної посухи за рахунок великої здатності гумусу до водоутримання. Для функціонування екосистем велике значення має нейтралізуюча роль ґрунту. Вона полягає в здатності ґрунтів руйнувати біологічно шкідливі, токсичні речовини. Як було показано AM. Гровзинєьким (1966,1978), у ґрунтах має місце нейтралізація алелопатично активних інгібіторів, що полегшує сумісне існування рослин в екосистемах.

Можна говорити й про консервуючу роль ґрунтів. У ґрунті протягом багатьох десятків, а то й сотень років добре зберігає свою життєздатність насіння. Ґрунт є оптимальним середовищем життя багатьох груп комах.

Структура ґрунту досить складна. Але і більшості типів виділяється невелика кількість основних горизонтів (рис. 4.3):

А – гумусний горизонт, у якому зосереджена основна маса органічної речовини ґрунту. У його межах часто виділяють підстилку (А₀) та власне перегнійні горизонти (А₁₈);

В =■ горизонт, який утримує переважно вже мінералізовані речовини, перемішані з перетвореною гірською породою;

С – слабо змінена підстилаюча гірська порода.

Спеціалісти-ґрунтознавці користуються більш деталізованим поділом ґрунту на горизонти, але й наведена схема демонструє, ще головним у ґрунті є гумусний горизонт. Степові ґрунти вміщують до 12 тисяч тонн гумусу на 1 га, а лісові – до 100 тонн. Гумусний горизонт ґрунту першим сприймає опад, що надходить на поверхню ґрунту. Саме в ньому починається переробка опаду рослин та залишків тіл тварин. Цю переробку називають гуміфікацією, бо вона завершується утворенням гумусу.

У процесі гуміфікації мертва органічна речовина використовується в їжу детритофагами та редуцентами, тобто комахами,

бактеріями та грибами. Після переробки органічна речовина перетворюється на гумус – темну аморфну речовину досить складного хімічного складу. Гумус завдяки своїй структурі здатний запобігати вимиванню поживних речовин у більш глибокі горизонти ґрунту. Він поліпшує структуру ґрунту, надає їй грудкуватості, зв’язаності та забезпечує здатність утримувати у своїй товщі багато вологи.

Паралельно з гуміфікацією під впливом редуцентів у ґрунті відбувається процес мінералізації. Він полягає у вивільненні з органічних речовин іонів мінеральних елементів: фосфору, азоту, калію та інших іонів мінеральних елементів, що утворюються в процесі мінералізації та складають головне джерело поживних речовин для автотрофних зелених рослин. Мінеральні речовини, що є поживою для рослин, пропонується називати біогенними елементами. Ряд біогенних елементів використовується автотрофними рослинами у великих кількостях. Це макроелементи – азот, фосфор, калій та деякі інші. Але частина біогенних елементів потрібна рослинам тільки в дуже малих кількостях, їх називають мікроелементами. До них належать потрібні під час фотосинтезу марганець та залізо, для азотного обміну – молібден, бор, кобальт і залізо, для загального ефективного метаболізму – марганець, кобальт та мідь.

Важливим фактором життя ґрунту є підстилка – опад сухих рослин, листя тощо. Відношення маси підстилки до розміру річного опаду сухих частин рослин служить показником швидкості розкладання детриту, його виражають спеціальним індексом. Чим вищий цей індекс, тим інтенсивніше відбувається розкладання опаду. Запаси опаду (в т/га) становлять у середньому: в тундрі – 44, у тайзі та широколистних лісах – 14, у степу – 3, у вологих тропічних лісах – усього 0,1. Це вказує на кліматичну обумовленість швидкості розкладання детриту і особливу роль температури для життя в ґрунті.

Про те, що гумус потрібен для родючості ґрунту, знали ще здавна. За вмістом гумусу ґрунти можна розділити на два основні типи:

а) чорноземи – з вмістом гумусу 7-10%; ,

б) підзолисті ґрунти – з вмістом гумусу до 2-3%. Чорноземи складають головне природне багатство країн та

народів, які володіють ними.

На властивості ґрунту накладає великий відбиток ще й материнська гірська порода. Особливо важливе для визначення властивостей ґрунту співвідношення в ньому піщаних та глинистих часток. За співвідношенням у ґрунті дрібних та великих часток ґрунти поділяють на піщані, супіщані, суглинкові, глинисті та щебнисті.

Механічний склад та структура ґрунту досить суттєві для здійснення його екосистемної функції. Піщані ґрунти (їх називають легкими) швидко висихають та нагріваються, але вони погано утримують у своїй товщі вологу та мінеральні речовини. Глинисті (важкі) ґрунти, навпаки, добре утримують воду, але погано прогріваються весною та мають підвищену щільність. Найбільш родючі ґрунти проміжного типу – суглинкові.

Оптимальною для живих організмів вважається густина ґрунту, що дорівнює 1 г/см³. Уже при густині 1,4 г/см³ коріння росте погано та погіршуються умови для риючих тварин. Звичайно в суглинистому ґрунті пори займають приблизно 50% об’єму, у піщаних – менше 50%, а в глинистих – 40-60%. Ґрунтові пори заповнені водою та повітрям. І той, і інший компоненти важливі: вода необхідна для кореневих систем та ґрунтовим тваринам, повітря є джерелом кисню для дихання.

Склад ґрунтового повітря інший, ніж склад атмосферного. У ньому до 26% збільшений вміст вуглекислого газу. Це результат саме дихання ґрунту, або, точніше, дихання всіх живих організмів, які знаходяться в товщі ґрунту. Вуглекислий газ ґрунту поступово переходить в атмосферу. У середньому з ґрунтів виділяється до 25 кг/га вуглекислого газу на годину. Активність ґрунтового дихання залежить від температури. Чим вона вища, тим більше

ґрунт виділяє вуглекислого газу. Цей виділений ґрунтом газ є додатковим живленням для листків, що фотосинтезують, особливо тих, які розташовані в приземному ярусі, та для низькорослих рослин. Це підживлення вуглекислим газом компенсує недостатню освітленість таких листків та рослин.

Вода в ґрунті є не тільки ресурсом для тварин та рослин, вона виступає як розчинник мінеральних речовин. Крім цього, постійні вертикальні та горизонтальні переміщення води у ґрунтовому профілі забезпечують транспортування мінеральних речовин у різні ділянки ґрунту та сприяють його функціонуванню як одного цілого.

Ґрунти є динамічним утворенням. Швидкість процесу ґрунтоутворення залежить від типу материнської породи, клімату та активності живих організмів, що населяють його. На крихких вулканічних породах в умовах вологого клімату ґрунт формується за кілька десятків років. На гірських породах для утворення ґрунту необхідні століття і навіть тисячоліття.

Крім загального прогресивного односпрямованого розвитку, ґрунтам характерні періодичні коливання їх властивостей. Так, на півдні України добре виражені добові коливання властивостей ґрунту: удень унаслідок дії високої температури ґрунт підсихає, а вночі у результаті капілярного підняття води вологість ґрунту знову збільшується. Має добову динаміку і дихання ґрунту. Максимум виділення вуглекислого газу з ґрунту спостерігається вдень між 13 і 15-ю годинами.

Ще більшими контрастами відрізняються сезонні зміни властивостей ґрунту. У цьому разі спостерігаються закономірні зміни pH ґрунтового розчину, вмісту в ґрунті мобільних форм азоту і калію та ін. У період активного росту рослин у ґрунтовому розчині відбувається зниження концентрації усіх макро- та мікроелементів. Суттєво змінюється за сезонами вологість ґрунту. Як було показано Г.В. Добровольськцм (1982), на луках у різні сезони може змінюватися навіть тип ґрунту: дернисто-луговий ґрунт, який так реєструється у весняний період, до середини літа трансформується в дернистий ґрунт, а болотно-луговий -у луговий ґрунт.

Відомі циклічні багаторічні коливання властивостей ґрунту, однак через відсутність тривалих стаціонарних спостережень ці зміни є малодослідженими.

Але, незважаючи на динамічність ґрунту, порівняно з іншими компонентами екосистем він найбільш стабільно зберігає свої основні властивості й структуру. Певною мірою ґрунт може розглядатися як своєрідна «пам’ять» екосистеми, яка протягом довгого часу зберігає у своїй структурі сліди зміни живого населення екосистеми.