Экологическое значение органических веществ почвы

Наряду с минеральными питательными веществами большое значение имеют органические вещества почвы, продукты гумификации и неполного разложения растительных и животных остатков. Преобладающее значение при этом имеют продукты переработки остатков зеленых высших фотосинтезирующих растений (продуцентов). Продуценты при отмирании или при переработке цепью консументов обогащают почву органическим веществом. Опад надземных отмирающих частей накапливается на поверхности почвы в виде -слоя подстилки, ветоши и т. п. Количество образующейся за год подстилки различно в разных типах растительности, в разных зонах. Так, среднее количество подстилки, по данным Лархе-ipa (1978), составляет (т/га): в тропических злаковнках — 10—15; на лугах умеренной зоны — 6—10; в лесах — 5—9; в степях — 1—5; в тундре— 0,05—0,5; в пустынях — 0,01—0,05. Образующаяся подстилка с большей или меньшей скоростью разлагается, и поэтому ее запас зависит не только от количества опада, но и от скорости разложения, которая во многом определяется характером и составом подстилки, типом -почвы, ее фауной и особенно климатическими условиями. Бели опад сильно лигнифицирован и богат дубильными веществами, то он разлагается гораздо медленнее, чем опад лиственных пород. Годичный опад дождевого тропического леса, в силу специфических климатических условий и большой активности почвенных организмов, может разложиться в течение 1—2 лет, в лиственных лесах умеренной зоны — за 2—4 года, в хвойном лесу — за 4—5 лет, достаточно быстро (разложение идет в степной зоне, в тундре же оно может длиться десятки лет. В степной зоне скорость разложения ускоряется весной и летом (до периода засухи) и замедляется к зиме.

В разложении подстилки принимают участие многочисленные животные организмы почвы, для которых опад служит пищей, и в первую очередь сапррофаги. В процессе переваривания все эти организмы выделяют экскременты, которые смешиваются с еще не съеденными растительными остатками. На богатых почвах широколиственных лесов в работу вступают дождевые черви, вырабатывая полностью переваренное вещество, включаемое в состав почвы, — мягкий гумус (муль). В лесной подстилке на кислых почвах хвойных лесов переработка растительного опада ведется главным образом грибами; при этом образуется грубый микогенный гумус (мор), пронизанный мелкими корнями высших растений, а также микоризой. Между мулем и грубым гумусом — мором иногда выделяют еще промежуточный тип — модер. Так происходит изменение органических остатков от первоначальных слагаемых подстилки до гумуса.

Для образования гумуса не менее важна масса отмирающих корней. По массе корней, пронизывающих почву, на первом месте стоят широколиственные леса и луговые степи, на следующем — влажные тропические и субтропические леса и на последнем — пустыни. Относительная доля корневой фитомассы (от общей доли фитомассы) в лесах не очень велика — всего 20— 25%. Наиболее высоки относительная масса корней и запас гумуса под травяной степной растительностью, что связано с большим количеством тонких, легко разлагающихся корней травянистых растений. Этот гумус обусловливает высокое плодородие степных черноземных почв.

Таким образом, в формировании плодородия почвы основную роль играют конечные продукты гумификации, т. е. гумусовые вещества (гуминовые и подвижные фульвокислоты). Однако накопление в составе гумуса запасов питательных веществ означает одновременно и их иммобилизацию, поскольку они переходят в малодоступную форму. Кроме питательных веществ гумус содержит (И физиологически активные.компоненты; некоторые из них могут вызывать не только стимулирующее влияние, но иногда оказывают ингибирующее или даже токсическое воздействие. Гумус улучшает структуру почвы, ее физические свойства.

Степень гумификации, т. е. степень переработанности исходных веществ, зависит от объема ежегодно поступающих в почву растительных остатков, от интенсивности их переработки и времени воздействия на ник самой почвы в течение вегетационного периода. Величина степени гумификации достигает наиболее высоких значений в почвах черноземного типа и уменьшается как к северу (к подзолистым и тундровым почвам), так и к югу (к каштановым почвам и сероземам). В таком же порядке меняются общее содержание и запасы гумуса в почве и его состав. Интересно, что состав и свойства гумуса -не совпадают с отдельными климатическими показателями (осадки, радиационный баланс), но для почв умеренного климата хорошо коррелируют с уровнем биологической активности (Бирюкова, Орлов, 1978). Период биологической активности (т. е. период нормальной вегетации растительности и активной микробиологической деятельности) определяется в этом случае как время, когда температура воздуха устойчиво превышает 10°, а запас продуктивной влаги в почве составляет не менее 1—2%.

Зависимость гумусообразования от температуры объясняет, почему почвы тропической зоны очень бедны гумусом. Здесь идет мощный процесс переработки остатков — при высоких температурах и влажности очень активны сапротрофы. В тундре растительные остатки почти не разлагаются, не минерализуются; при низких температурах очень мала активность салротрофов. В степной зоне, где много тонких корней трав и опада надземных частей, которые довольно медленно минерализуются, почва на большую глубину приобретает темную окраску. Масса гумуса здесь намного превышает фитомассу одной генерации растений и образуется чернозем — одна из плодороднейших почв. В лесной почве древесные корни живут дольше, чем корни трав, запасы органического вещества в почве леса меньше, чем в степи. Лесные почвы беднее гумусом, но часто имеют хорошо выраженный особый горизонт органических веществ, лежащий почти на поверхности, непосредственно под подстилкой. Наконец, в сырых заболоченных местах, где степень разложения очень низка из-за малой активности сапротрофов, формируются различные типы торфов.

В ненарушенных фитоценозах устанавливается определенное (равновесие между запасом подстилки, количеством органического вещества в почве и фигомассой, и такое равновесие весьма важно, поскольку содержащиеся в опаде резервные питательные вещества остаются в распоряжении всей данной экосистемы и образующиеся при минерализации питательные элементы постепенно потребляются зелеными растениями. Отчуждение фитомассы или удаление опада ведет к обеднению почвы (питательными элементами. Если минерализация органического вещества почвы происходит быстро (например в тропическом лесу), то минеральные элементы очень скоро высвобождаются и становятся доступными зеленым растениям, что обусловливает создание большой фитомассы (хотя при этом надо учитывать и повышенную возможность вымывания минеральных веществ из почвы).

Таким образом, сложный цикл превращения органических веществ (опад → гумификация → минерализация → возврат в растение) постоянно (поддерживает достаточное содержание биологически важных элементов, а плодородие почвы во многом зависит от скорости возврата отнятых у нее элементов. Некоторые элементы теряются, уходя в атмосферу или с дренирующими водами через сток. Но продолжающееся выветривание, фиксация азота, отложение пыли — все это восстанавливает часть утраченных элементов. Вообще зеленые растения отдают почве больше, чем берут от нее. Они изымают сравнительно малое количество растворенных веществ, а возвращают большую массу органических веществ: целлюлозу, лигнин, крахмал, сахара, жиры, протеины и т. д. Это позволяет развиваться в почве многим животным, а также тем организмам, которые питаются этими животными.

Дата добавления: 2013-12-14