Растительность и животный мир. Вода играет огромную роль на Земле – без нее не было бы жизни. Условия увлажнения являются важным фактором выветривания и почвообразования. Вода обладает

Воды

Вода играет огромную роль на Земле – без нее не было бы жизни. Условия увлажнения являются важным фактором выветривания и почвообразования. Вода обладает большой подвижностью, благодаря которой она передвигается даже в твердом состоянии, и способностью переносить различные вещества, играет большую роль в обмене веществ. Главный источник передвижения воды – энергия Солнца.

Вода на своем пути неизбежно попадает в почву. Именно почва играет огромную роль в круговороте воды, преобразуя ее в парообразную воду и воду, усвоенную растениями (транспирация), поверхностный и подземный сток. Водный режим почв любой территории – важнейшее звено водного режима всей суши.

Большое влияние оказывает вода на формирование почвы. Основатель гидрологии почв Г.Н. Высоцкий сравнивал почвенную влагу с кровью организма, так как она обеспечивает передвижение веществ и снабжение растений влагой, то есть вода – основной агент почвообразования. Если глобальная дифференциация почвенного покрова на Земле определяется преимущественно количеством поступающей солнечной энергии, то разнообразие условий почвообразования и типов почв в пределах почвенно-климатических поясов и, в том числе, на территории Беларуси, определяется именно условиями увлажнения.

Воды как поверхностные, так и грунтовые, играют огромную роль в почвообразовании Беларуси. Воды влияют на формирование растительных сообществ со свойственным им количеством и составом растительного опада, а также на формирование окислительно-восстановительного режима почв.

При глубоком залегании грунтовых вод и отсутствии застоя поверхностных вод в почвенном профиле создаются аэробные условия и протекают окислительные явления, которые сопровождаются интенсивной минерализацией органического вещества. В таких условиях формируются автоморфные почвы, не имеющие признаков заболачивания. Автоморфные почвы всегда содержат значительно меньше гумуса, различия их с полугидроморфными по этому показателю могут достигать 2 раз. Например, в автоморфных дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах на лессовидных суглинках обычное содержание гумуса составляет 1,5-2,0%, а в глееватых и глеевых – 3,0-4,0%. В дерново-подзолистых песчаных эти показатели составляют соответственно 1,0-1,5 и 2,0-2,5 %.

При избыточном увлажнении, обусловленном близким залеганием грунтовых вод и застоем поверхностных вод в пониженных элементах рельефа, реже при наличии водоупорных слоев, развивается болотный процесс почвообразования и формируются гидроморфные и полугидроморфные почвы. Особенностью болотного процесса почвообразования являются анаэробные условия и восстановительные процессы. В анаэробных условиях уменьшается активность окислительных процессов, что приводит к ослаблению минерализации органического вещества. На поверхности почвы накапливаются полуразложившиеся органические остатки в виде торфа, которому свойственна высокая гидрофильность и влагоемкость, а также низкая аэрация при избыточном увлажнении, ведет к дальнейшему развитию процессов заболачивания. В целом можно констатировать, что вода является основным фактором формирования морфологического облика почв Беларуси.

В условиях Беларуси переувлажнение почв может быть временным или постоянным. Временное переувлажнение обычно обусловлено понижением рельефа, что способствует сквозному промачиванию почвы в отдельные периоды года: весной в период снеготаяния, летом после обильных длительных дождей, реже после осенних дождей. В автоморфных песчаных почвах Полесья, например, период избыточного увлажнения полуметрового слоя почвы (влажность выше наименьшей влагоемкости) длится всего 5-6 дней, во временно избыточно увлажненных – 17-18 дней, в глееватой – 50 дней, глеевой – 56 дней (Попова Т.С., 1977).

При временном переувлажнении в почвах развивается процесс оглеения минеральной породы, характерной особенностью которого является превращение окисного железа в закисное, более подвижное соединение, которое окрашивает почвы в синий цвет. При временном избыточном увлажнении почв в них происходит периодическая смена окислительных и восстановительных условий, и соединения железа могут переходить то в окисную, то в закисную форму.

При подсыхании почвы в ней улучшается воздушный режим, а, следовательно, и преобладают окислительные явления, что ведет к образованию гидроксида железа. Присутствие гидроксидов железа проявляется в окраске почв Беларуси в виде ржавых и охристых пятен, примазок и других железистых образований – ортштейновых конкреций, прожилок, ржавых трубочек по корневым ходам. Эти новообразования – неопровержимые свидетели временного избыточного переувлажнения почв.

При длительном или постоянном избыточном переувлажнении катионы закисного железа вступают в реакцию с кремнеземом и глиноземом, образуя вторичные глинистые минералы алюмоферросиликаты. Они и придают сизую, грязно-зеленую или голубоватую окраску глеевым горизонтам почвы.

Снижение количества влаги ведет к уменьшению количества растительного опада и замедлению процессов почвообразования в целом.

В засушливые периоды вода в почве может двигаться по направлению к поверхности (выпотной водный режим), что приводит при значительной минерализации грунтовых вод к солончаковым явлениям. Такие явления на территории Беларуси проявляются локально на юге страны, особенно в поймах рек.

Однако доминирующим направлением передвижения воды в почвах Беларуси является нисходящее, что обусловлено высоким уровнем увлажненности территории и преобладанием промывного водного режима. Вода является главным агентом подзолистого процесса почвообразования, доминирующего в автоморфных почвах Беларуси. Вода прямо и косвенно (через формирование кислой реакции среды в результате выщелачивания) влияет на разрушение минеральной и органической части почвы, переносит продукты разрушения вниз по профилю. В результате таких явлений формируются обедненные и осветленные элювиальные и сравнительно более обогащенные биофильными элементами более темные иллювиальные горизонты.

Почвенная влага – важнейший фактор, определяющий условия выращивания сельскохозяйственных культур и обработки почвы. Вода необходима для растений в значительно большем количестве, чем другие средства питания растений. Почвенная влага, поступая в растения, является основным компонентом, участвующим в фотосинтезе. При недостатке влаги и недостаточном ее поступлении в растения резко снижается интенсивность фотосинтеза. Процесс фотосинтеза в условиях Беларуси ограничен обычно не количеством солнечной энергии, а количеством воды. Колебания год от года эффективного плодородия почв и полученных урожаев чаще всего вызываются именно несоответствием запасов влаги в почве потребностям в ней растений. Наиболее часто засухи на территории Беларуси наблюдаются в южных и юго-восточных районах. В этом аспекте выделяют зоны устойчивого (стабильного) и рискованного земледелия.

Значение воды как фактора образования почв Беларуси столь велико, что некоторые классификации почв страны построены именно на гидрологической основе (Т.А. Романова, 2004).

Биологический фактор почвообразования направлен на формирование гумуса, торфа почвы и ее рыхление, структурирование. В почвообразовании участвуют три группы организмов: зеленые растения и водоросли – первичные продуценты органического вещества; животные – консументы, потребители органического вещества; микроорганизмы – редуценты, трансформаторы органического вещества в гумус или торф в зависимости от условий увлажнения. Благодаря живым организмам реализуется синтез и разрушение органического вещества.

Комплексное влияние растительности и связанного с ней животного мира на формирование почв рассматривается в учении о растительных формациях, основы которого разработаны В. Р. Вильямсом. Для почвообразования особенно важны: состав растительности, особенности поступления в почву органического вещества, характер его разложения, биохимический состав и особенности взаимодействия продуктов разложения с минеральной частью почвы.

Степень участия зеленых растений в почвообразовании зависит от типа растительности и интенсивности биологического круговорота, сроков и темпов поступления их в почву в годичном цикле роста и развития.В Беларусиежегодный прирост фитомассы составляет от 9 до 22 т/га в лесах, от 7 до 16 т/га на лугах и от 8 до 15 т/га на сельскохозяйственных землях. Ежегодный опад фитомассы соответственно колеблется в пределах 3–8 т/га, 4–12 и 2,5–6 т/га. В период роста и развития растительность аккумулирует химические элементы, часть из них (ежегодный опад) возвращается в почву и является основой формирования гумуса.

В зависимости от вида растительного покрова различаются химический состав и характер локализации опада. Почвы под хвойной растительностью при невысокой гумусированности содержат больше фульвокислот и низкомолекулярных соединений, так как опад содержит много лигнина, смол и других трудноминерализуемых соединений. В почвах под луговой растительностью содержится меньше трудноразлагаемых соединений, много гуминовых кислот.

Среди растительных сообществ в Беларуси преобладают ассоциации сосновых лесов с низкой зольностью фитомассы (1–2 %) и растительного опада, что уменьшает образование гумуса в дерново-подзолистых песчаных и супесчаных почвах (содержание гумуса – 1–2 %). По площади им уступают березняки, ельники, осинники, дубравы, ольшаники, имеющие более высокую зольность фитомассы (2–4 %), опад которой служит накоплению большего количества гумуса (2–6 %). Многолетняя растительность удерживает до 96 % общей фитомассы.

Наиболее интенсивно протекает биологический круговорот химических элементов в луговых сообществах, что способствует их накоплению. С опадом на лугах Беларуси ежегодно возвращается 50–79 % химических элементов, а в почвах содержится 3–10 % гумуса. В почвах на болотных лугах аккумулируется торф и формируются торфяно-болотные почвы.

Между видовым составом растительности и генетическими особенностями почв существует закономерная связь, однако установить ее не просто. В основном, состав растительности в условиях Беларуси обусловлен увлажнением почв и, в меньшей степени, богатством почвообразующих пород элементами питания. По видовому составу произрастающей растительности можно судить о некоторых физико-химических свойствах почв, а также о характере и степени их увлажнения. На основании этого составлен перечень растений, являющихся индикаторами различных почвенных условий: обеспеченность питательными веществами, кислотность, содержание отдельных химических элементов, характер водного питания, тип и степень увлажнения и т. д. (Т.А. Романова, 2004).

По отношению к содержанию питательных веществ в почве растения подразделяются на олиготрофы, приспособившиеся к бедным почвам (вереск обыкновенный, кошачья лапка, белоус торчащий, сфагновые мхи и др.); мезотрофы, развивающиеся на почвах среднего уровня обеспеченности питательными веществами (ландыш, костяника, адонис весенний, вероника дубравная, вейник, майник двулистный и др.); эвтрофы, требующие высокоплодородных почв (крапива, одуванчик лекарственный, сныть обыкновенная, пролеска, малина обыкновенная и др.). Выделяются также растения кальцефилы, произрастающие на почвах, насыщенных кальцием (люцерна хмелевидная, полевица белая, клевер землянистый и др.), нитрофилы, растущие на почвах, насыщенных азотом (осот огородный, ежа сборная, крапива двудомная и др.).

При агрохимическом исследовании почв особое внимание должно уделяться растениям-индикаторам реакции среди почв. Индикаторами щелочных почв (рН > 7,0) являются мать - и - мачеха обыкновенная, горчица полевая, подлесник европейский, очиток едкий, тимофеевка луговая, осока мохнатая, печеночница благородная и др.; нейтральных почв и близких к ним (рН 6,5–7,0) – трясунка средняя, осока просяная, овсяница луговая, черноголовка обыкновенная, астрагал датский и др.; слабокислых почв (рН 5,5–6,0) – лютик едкий, щучка, погремок большой, гравилат речной, подмаренник болотный и др.; повышенной кислотности (рН < 5,5) – ожика многоцветковая, полевица собачья, осока собачья, вейник ланцетный, погремок малый, хвощ полевой, кукушкин лен, пикульник (зябра) и др.

По отношению к содержанию влаги в почве растения делятся на гидрофиты – влаголюбивые (сабельник болотный, лютик ползучий, хвощ топяной, голубика, багульник, клюква, осока бутыльчатая, калужница болотная и др.); мезофиты – среднетребовательные к влаге (черника, брусника, овсяница красная, подмаренник северный, мхи гипновые, вейник наземный, вороний глаз и др.); ксерофиты – сухолюбивые (чабрец, ястребинка волосистая, олений мох, тонконог сизый, тмин песчаный, букашник, очиток едкий и др.).

При описании лесной растительности учитывается, что сосновые леса, особенно бор-беломошник, предпочитают песчаные и хрящеватые сухие почвы. Еловые леса чаще приурочены к заболоченным почвам тяжелого гранулометрического состава. Дуб хорошо себя чувствует на карбонатных почвах с близким уровнем грунтовых вод. Ольха, ива приурочены к заболоченным почвам различного гранулометрического состава.

На почвах нормального увлажнения обычны такие травянистые растения как овсяницы, ястребинка волосистая, ракитник русский, луговой василек, клевер красный, мышиный горошек, полевица тонкая, душистый колосок. В напочвенном покрове лесной растительности обычны вейгертнерия, овсяница овечья, лишайники, чабрец, кладонии, кислица, ясменник, медуница, ветреница, земляника, мох Шребера. На почвах с контактным оглеением появляются дикранум, политрихум, марьянник дубравный, вейник наземный и лесной, вереск, брусника, птилиум, хилакомиум, климациум. На бурых лесных почвах часты неморальные виды трав: перловник поникающий, пролеска, подлесник европейский, чина весенняя, лапчатка белая, осока пальчатая.

На дерново-подзолистых временно избыточно увлажненных почвах обычны зверобой, икотник, букашник, коровяки, тимофеевка луговая, ежа сборная, бухарник, гребенник, трясунка, короставник, нивяник, клевера красный и ползучий. В лесах часты мох Шребера, дикранум, политрихум, черника, толокнянка, козлобородник, костяника, орляк, майник, хвощ лесной, вороний глаз, щучка, марьянник, сныть, ландыш.

На дерново-подзолистых глееватых почвах часто встречаются белоус, полевица тонкая, щучка, лютик едкий и ползучий, короставник, молиния, мох Шребера, дикранум, политрихум, грушанки, кочедыжник, купена, копытень, крапива, сныть, гравилат, хвощ болотный, вербейник чина, ятрышник, сивец луговой, мятлик, гребенник, подорожник, раковые шейки, хвощ луговой, осоки: лисья, мохнатая, просяная.

На дерново глеевых почвах обычны полевицы собачья, белая и побегообразующая, трехзубка, вейник ланцетный и незамечаемый, манник, ситник, калужница болотная, осоки обыкновенная, желтая, мохнатая, просяная и сероватая, щучка, гипновые мхи. В лесах на дерново-подзолитых глеевых почвах часты политрихум, черника, багульник, сфагнум, орляк, кочедыжник, ожика волосистая, хвощ лесной, таволга, ирис-касатик, камыш лесной, белокрыльник, щитовник.

На торфяно-болотных почвах доминируют осоки волосистоплодная, бутыльчатая, пузарчатая, дернистая, часто встречается кипрей болотный, пушица, вахта, частуха, багульник, вахта, голубика, подбел, сфагнум, пушица одноколосковая, гипновые мхи, осоки.

Несмотря на то, что отдельные виды растений встречаются в разных группах почв по увлажнению, амплитуда колебаний достаточно предсказуема. Состав растений напочвенного покрова может сильно меняться от времени года. Так, весной может доминировать ветреница дубравная, а к концу лета – кислица. В годы с влажной весной и в лесах, и на лугах много бобовых. Состав напочвенного покрова может меняться при осушении прилегающей территории, под влиянием перевыпаса скота. Между соседними растительными ассоциациями обычно существует переходная полоса шириной 1, 2 или более метров, так называемый экотон, где растительность непостоянна: во влажные периоды влаголюбивая растительность появляется в более сухих местах и наоборот. Своей почвы экотон не имеет.

Почвы под сельскохозяйственными культурами (агроландшафты) ежегодно получают сравнительно мало растительных остатков. Значительная масса органического вещества и химических элементов (200–400 кг/га) выносится с урожаем. Для обеспечения положительного баланса питательных элементов в агроландшафтах необходимо внесение органических и минеральных удобрений. Включение в севооборот многолетних трав увеличивает количество гумуса и улучшает его состав в почве.

Водоросли относятся к автотрофным организмам, они имеют хлорофилл и способны к фотосинтезу. Их фитомасса увеличивается на почвах с избыточным увлажнением и может достигать максимальной величины при температуре 25–35º С – до 1500 кг/га. Обилие водорослей свидетельствует о хорошей обеспеченности элементами питания. Сине-зеленые водоросли способны фиксировать молекулярный азот, диатомовые участвуют в разложении минеральных соединений. При отмирании они обогащают почву органическим веществом. В болотных почвах водоросли обогащают воду кислородом и улучшают условия развития растений.

Лишайники относятся к симбиотическим организмам, состоят из двух составных частей – гриба и водоросли. Их вклад в почвообразование в Беларуси был особенно велик в начале голоцена при превращении горной породы в мелкозем и первичном почвообразовании. Они могут существовать в неблагоприятных температурных и сухих условиях, поглощая влагу из атмосферы. В лишайниках растворимая органика составляет половину сухой массы и отличается высокой кислотностью. Органика аккумулирует до 50 кг / га зольных веществ.

Населяющие почву представители животного мира оказывают влияние на минерализацию в почве растительных остатков, образование и распад гумуса, реакцию среды и динамику элементов питания растений. Важную биохимическую роль в почве играют многоклеточные беспозвоночные животные, общий вес которых достигает 15 ц на гектар. Общие запасы зоомассы по отношению к фитомассе составляют не более 1–2 %. Животные синтезируют и разрушают органическое вещество, повышают ферментативную активность почв, ускоряют темп биологического круговорота веществ. Видовой состав и численность почвенной фауны являются в известной мере показателем типов и свойств почв и могут служить индикатором их плодородия.

Дождевые черви разрыхляют почву, улучшая ее аэрацию, перерабатывают растительные остатки, выделяют капролиты – органоминеральные структурные водопрочные комки. Особенно много капролитов в дерновых заболоченных почвах.

Заметную роль в жизни почвы играют землерои, особенно кроты. Выбросы крота могут занимать до 50 % площади участка и составлять до 50 т/га. Обычно на поверхность почвы животные выбрасывают более глубокие горизонты: материал горизонтов А₂, А₂В, В. Внесение веществ животными в верхний горизонт белорусских почв часто превышает поступление аналогичных элементов с остатками растений (с опадом). В перемещении почвенных масс могут принимать активное участие такие животные, как кабаны. Так, установлено, что кабаны существенно (до 2 раз) уменьшают радиоактивность верхнего слоя, "припахав" к верхнему слою незагрязненный нижний слой почвы.

Микроорганизмы по свойствам полифункциональны в биохимическом отношении и способны осуществлять в почвах процессы, которые недоступны растениям и животным, но которые являются существенной частью биологического круговорота энергии и веществ. Таковы процессы фиксации азота, окисления аммиака и сероводорода, восстановление сернокислых и азотнокислых солей, осаждение солей железа и марганца, микробный синтез гумуса и его минерализация, некоторых витаминов, энзим, аминокислот, антибиотиков и других физиологически активных соединений. Они являются самыми древними почвообразователями, так как появились задолго до начала развития растительного и животного царства.

Важной особенностью микроорганизмов в почве является их способность доводить процессы разложения растительного и животного органического вещества до полной минерализации, т. е. быть санитарами почв и биосферы в целом. В этом заключается принципиальное различие между ролью в биосфере микроорганизмов и ролью растений и животных. Микроорганизмы распространены по всему профилю почв, однако основная масса их сконцентрирована в гумусовом горизонте. Общий вес сырой массы различных микроорганизмов может составлять в верхнем 25-сантиметровом слое до 10 т / га. В составе гумуса их масса достигает 2,5 %. В 1 г почвы численность их в Беларуси обычно составляет десятки или сотни миллионов экземпляров.

Микробиомасса на 6 порядков меньше биозоомассы, однако высокая скорость размножения (смена поколения несколько раз в течение суток) микроорганизмов позволяет оценить их деятельность в почве и биосфере как эквивалентную деятельности растений или превышающей ее.

В почвообразовании наиболее активную роль играют бактерии, грибы и актиномицеты.

Бактерии представляют наиболее многочисленную и наиболее разнообразную группу одноклеточных организмов размером 0,5–2 мк. В составе сухого вещества бактерий содержится 5–15 % золы, в составе которой встречаются все химические элементы. Клеточные оболочки полупроницаемы и окружены бактериальной слизью, которая разрушает минеральные соединения на контакте. В клетках бактерий содержатся разнообразные ферменты, которые необходимы для протекания специфических биохимических реакций. Сильнокислые почвы, малое количество гумуса, низкие температуры и отсутствие влаги снижают рост и активность бактерий.

Почвенные бактерии делятся на две группы по условиям питания: автотрофные и гетеротрофные. Автотрофы используют углерод из СО₂ и минеральные соединения неорганических веществ, гетеротрофы – нуждаются в восстановленных соединениях углерода и усваивают органические соединения. Основная работа бактерий – синтез и разрушение органического вещества.

Грибы в почве представлены обширной группой нитевидных одноклеточных и многоклеточных гетеротрофных микроорганизмов. Они наиболее распространены в лесной подстилке, кислых и влажных почвах, занимая нишу, свободную от бактерий. Их размеры составляют 2–10 мк, содержание золы – около 5 %, в клеточную оболочку входят некоторые полисахариды, хитин и липоиды. Грибы могут разлагать стойкие органические соединения и окисляют органическое вещество до СО₂ и Н₂О. Под пологом леса при разложении органических остатков грибы способствуют образованию агрессивных фульвокислот, которые участвуют в процессе подзолообразования. Часто грибы выделяют токсические соединения, которые убивают определенные группы бактерий. Последовательный процесс разложения органического вещества выполняется разными группами грибов, сменяющими друг друга.

Актиномицеты рассматриваются как организмы, переходные между бактериями и грибами. Это типичные организмы-гетеротрофы. Актиномицеты придают почве запах свежераспаханной земли. Однако их биохимическая деятельность ограничена внешними условиями и поэтому они наиболее активно действуют в нейтральной среде и при температуре 25–30 °С. Некоторые из них выделяют в почвенную среду антибиотики, которые направлены на борьбу с болезнетворными микробами для нормального развития полезных микроорганизмов.