Ґрунт як місце існування

Земля - єдина з планет має ґрунт (едасфера, педосфера) – особливу, верхню оболонку суші. В. В. Докучаєв вперше назвав ґрунт самостійним природним тілом і довів, що ґрунт є "таке ж самостійне природно-історичне тіло, як будь-яка рослина, будь-яка тварина, будь-який мінерал. Воно є результат, функція сукупної, взаємної діяльності клімату даної місцевості, її рослинних і тваринних організмів, рельєфу і віку країни, нарешті, підґрунтя, тобто ґрунтових материнських гірських порід. Всі ці агенти ґрунтоутворення, по суті, абсолютно рівнозначні величини і беруть рівноправну участь в утворенні нормального ґрунту.".

Під ґрунтом треба розуміти всі поверхневі шари гірських порід, перероблені і змінені сумісною дією клімату (світло, тепло, повітря, вода), рослинних і тваринних організмів".

До складу ґрунту входять чотири основні структурні компоненти: мінеральна основа (зазвичай 50-60% загального складу ґрунту), органічна речовина (до 10%), повітря (15-25%) і вода (25-30%).

Мінеральна основа (скелет) (50-60% всього ґрунту) – це неорганічна речовина, що утворилася в результаті вивітрювання підстилаючої гірської (материнської, ґрунтоутворюючої) породи.

Понад 50% мінерального складу ґрунту займає кремнезем SiO₂, від 1 до 25% припадає на глинозем Al₂О₃, від 1 до 10% - на оксиди заліза Fe₂О₃, від 0,1 до 5% - на оксиди магнію, калію, фосфору, кальцію. Мінеральні елементи,  що складають речовину ґрунтового скелета, різні по розмірах - від валунів і каменів до піщаних крупинок - частинок діаметром 0,02-2 мм, мула - 0,002-0,02 мм і найдрібніших частинок глини - менше 0,002 мм в діаметрі. Їх співвідношення визначає структуру ґрунту.

Від співвідношення в ґрунті глини і піску, розмірів фрагментів залежать проникність і пористість ґрунти, що забезпечують циркуляцію як води, так і повітря. Піщані ґрунти швидше дренуються і втрачають поживні речовини із-за олуження, але їх вигідно використовувати для отримання ранніх врожаїв, оскільки їх поверхня висихає навесні швидше, ніж у глинистих ґрунтів, що призводить до кращого прогрівання. Із збільшенням каменястості ґрунту зменшується його здатність утримувати воду. У помірному кліматі ідеально, якщо ґрунт утворений рівними кількостями глини і піску, тобто представляє собою суглинок. В цьому випадку ґрунтам не загрожує ані перезволоження, ані пересихання. І те, і інше однакове згубно як для рослин, так для і тварин.

Органічна речовина ґрунту утворюється при розкладанні мертвих організмів, їх частин і екскрементів. Органічні залишки, що  неповністю розклалися, називаються підстилкою, а кінцевий продукт розкладання - аморфна речовина, в якій вже неможливо розпізнати первинний матеріал - гумусом. У хімічному плані це дуже складна суміш змінного складу, утворена органічними молекулами різних типів; в основному гумус складається з фенолових з'єднань, карбонових кислот і складних ефірів жирних кислот. Специфічні органічні речовини ґрунту – це фульвові (утворюються в сильно кислому середовищі, н-р хвойного лісу) і гумінові (характерні для ґрунтів із слабо лужною реакцією) кислоти. Від співвідношення цих кислот залежить процес гумусонакопичення (максимальний при г/ф більше 1) і мінералізації (максимально при г/ф менше 0,2), що позначається на біологічних круговоротах.

 Гумус, подібно до глини, знаходиться в колоїдному стані. Так само як і глина, гумус має велику поверхнею частинок і високу катіонообмінну здатність. Ця здатність особливо важлива для ґрунтів з низьким змістом глини. Аніони в гумусі - це карбоксильні і фенолові групи. Завдяки своїм фізичним і хімічним властивостям гумус покращує структуру ґрунту і її аерацію, а також підвищує здатність утримувати воду і поживні речовини.

Одночасно з процесом гуміфікації життєво важливі елементи переходять з органічних сполук в неорганічних в процесі мінералізації, наприклад, азот- в іони амонію NH₄⁺, фосфор - в ортофосфат-іони H₂PO₄^-, сірка -  в сульфат-іон SO₄^2-.

Ґрунтове повітря (15-25%) також як і ґрунтова вода, знаходиться в порах між частинками ґрунту. Порізність (об'єм пор) зростає в ряду від глини до суглинків і пісків. Між ґрунтом і атмосферою відбувається вільний газообмін. Зазвичай в повітрі ґрунту із-за дихання організмів, що населяють його, декілька менше кисню і більше вуглекислого газу, ніж в атмосферному повітрі.

З глибиною кількість кисню зменшується (від 21% до 10%, а іноді до 0%), а зміст вуглекислого газу, навпаки, збільшується (від 0,03% біля поверхні до 20% в глибині сильно гуміфікованих ґрунтів). Приблизною межею переходу від аеробних до анаеробних умов існування вважається 5% зміст кисню в повітрі дерново-підзолистих ґрунтів  і 2,5% - чорнозему. Кисень в ґрунті дифундує від поверхні в глибину, а СО₂ – з глибини на поверхню. Виділення вуглекислого газу в приземний шар атмосфери називається диханням ґрунту (від 3 г/м² до 20).

 Якщо йде процес заболочування, то ґрунтове повітря витісняється водою і умови стають анаеробними. Ґрунт поступово стає кислим, оскільки анаеробні організми продовжують виробляти вуглекислий газ. Ґрунт, якщо він небагатий на основи, може стати надзвичайно кислим, а це разом з виснаженням запасів кисню несприятливо впливає на ґрунтові мікроорганізми. Тривалі анаеробні умови ведуть до відмирання рослин.

Вода (25-30%) в ґрунті представлена 4 типами: гравітаційною, гігроскопічною (зв'язаною), капілярною і пароподібною.

Гравітаційна – рухома вода, займає широкі проміжки між частинками ґрунту, просочується вниз під власною вагою до рівня ґрунтових вод. Це веде до вилуження, тобто до вимивання з ґрунту різних мінеральних речовин, зокрема азоту.

Гігроскопічна, або зв'язана – адсорбується навколо колоїдних частинок (глина, кварц) ґрунту і утримується у вигляді тонкої плівки за рахунок водневих зв'язків. Звільняється від них при високій температурі (102-105°С). Рослинам вона недоступна, не випаровується. У глинистих ґрунтах такої води до 15%, в піщаних – 5%.

Капілярна – утримується навколо ґрунтових частинок силою поверхневого тяжіння. По вузьких порах і каналах – капілярах, піднімається від рівня ґрунтових вод або розходиться від порожнин з гравітаційною водою. Краще утримується глинистими ґрунтами, легко випаровується. Рослини легко поглинають її.

Пароподібна – займає всі вільні від води пори. Випаровується в першу чергу.