§ 12. Почвенная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в почве

Общая характеристика почвы как среды жизни

Почва — верхний слой земной коры, обладающий плодородием. Она образовалась в результате взаимодействия климатических и биологических факторов с подстилающей породой (песок, глина). Она является источником минерального питания для растений. В то же время почва — среда жизни для многих видов организмов. Это самая молодая среда жизни на Земле. С момента возникновения она играет важную роль в эволюции органического мира. Для нее характерны следующие свойства: высокая плотность, водный и температурный режим, аэрация (обеспечение воздухом), кислотность (рН), засоленность.

Плотность почвы увеличивается с глубиной и зависит от структуры, которая определяется относительным содержанием в почве песка и глины. Наиболее благоприятна для роста растений почва, содержащая песок и глину примерно в равных количествах. По механическому составу наиболее распространенными являются глинистые (тяжелые), суглинистые и песчаные (легкие) почвы, которые существенно различаются по водному и температурному режиму.

Водный и температурный режим почвы тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Почвенную влагу по степени доступности разделяют на три вида: свободную (гравитационную), капиллярную, пленочную (гигроскопическую).

Температурные колебания в почве сглажены по сравнению с приземным воздухом и на глубине 1—1,5 м уже не прослеживаются. Хорошо увлажненные почвы медленно прогреваются и медленно остывают и наоборот. Это обусловлено высокой теплоемкостью воды. Гидротермический режим почвы зависит от структуры почвы и содержания гумуса (органического вещества). Глинистые почвы хорошо удерживают влагу, поэтому хуже прогреваются, но дольше сохраняют тепло, чем песчаные. Темный цвет гумуса способствует лучшему прогреванию почвы, а его высокая влагоемкость — удержанию воды почвой.

Почвенный воздух, также как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Все поры, свободные от влаги, заполнены воздухом. Так происходит аэрация (обеспечение воздухом) почвы. Пористость почвы возрастает от глин к суглинкам и пескам. На легких (песчаных) почвах аэрация лучше, чем на тяжелых (глинистых). Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходные параметры. Однако в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов содержится меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе. Аэрация почвы зависит от ее влажности и температуры. Повышение влажности и температуры почвы ухудшает ее аэрацию и наоборот. С глубиной в почве увеличивается содержание углекислого газа. Указанные факторы  являются одними из причин вертикальной миграции организмов в почве.

Кислотность почвы (рН) выражается через рН почвенного раствора (жидкой фазы почвы) — отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.

Растения более чувствительны к рН почвы, чем животные. Для каждого вида растений существует оптимальное значение кислотности почвы, при котором они развиваются наилучшим образом, поэтому pH является одним из наиболее важных показателей качества плодородия. При несоответствии кислотности почвы потребностям растений у них нарушается нормальный процесс питания и некоторые полезные вещества и соединения не усваиваются или усваиваются крайне плохо, в результате чего замедляется рост растений.

*Засоленность почвы характеризуется содержанием в ней легкорастворимых солей в токсичных для растений количествах (> 0,25 %). Примерно четвертая часть поверхности суши имеет засоленные почвы. Много засоленных земель в пустынях, полупустынях, в степях, а также на морских и океанических побережьях.

Причины засоления разные. В засушливых местах, где выпадает мало осадков, соли остаются в верхних слоях почвы, так как слабо вымываются дождевой водой. Почвы морских побережий во время прилива пропитывает соленая морская вода. Соленые брызги прибоя, постоянно оседая на прибрежной полосе, тоже засоляют почву. Причиной засоления может быть и неправильный режим орошения пахотных земель в зоне засушливого климата.

*Адаптации организмов к жизни в почвенной среде

В почве обитает множество видов микроорганизмов, растительных и животных организмов. Почвенные микроорганизмы (бактерии, грибы, протисты) участвуют в почвообразовании, разлагая растительные и животные остатки. В жизни растений почва выполняет функции закрепления, водоснабжения, источника минерального питания. Концентрирование минеральных веществ в почве привело к развитию у растений корневой системы и проводящих тканей. Недостаток воды угнетает рост растений. Причиной нехватки воды может быть недостаточное количество осадков (физическая сухость, адаптации описаны в  § 7) или недоступность имеющейся воды (физиологическая сухость). Физиологически сухими являются сильно засоленные почвы. Избыток солей в почве вреден для растений. Во-первых, из засоленной почвы растениям труднее всасывать воду. Во-вторых, поглощая из почвы много солей, растения могут отравиться и погибнуть. Особенно вредны для растений поваренная соль и сода.

Растения, произрастающие на таких почвах, разделяют на две группы: растения-соленакопители и солевыводящие растения.

Растения-соленакопители могут всасывать воду из засоленной почвы. Поглощая и накапливая при этом соли в большом количестве, эти растения не отравляются. Вода достается им с большим трудом, поэтому очень экономно расходуется. Так, у многих видов солянок листья мелкие, а у солероса превратились в маленькие чешуйки, плотно прилегающие к стеблю. Фотосинтез происходит в основном в стебле. Зеленые стебли имеют водозапасающую ткань, как у пустынных суккулентов, но не такие толстые.

Солевыводящие растения не накапливают много солей, хотя и поглощают их довольно много. Капельки соляных растворов выходят через особые железки на листьях. Вода высыхает, а на листьях остается налет солей. Они осыпаются, их сдувает ветер или смывает дождь. Так растение освобождается от лишних солей. К солевыводящим растениям принадлежат травы франкения, кермек и кустарники — гребенщик и лох. Солевыносливые растения лучше растут на почвах, хотя бы немного засоленных, чем на незасоленных.

Животные, обитающие в почве, имеют относительно небольшие размеры тела (личинки насекомых, многоножки, дождевые черви, клещи, ногохвостки, нематоды, кроты, землеройки). Для них характерны разные способы передвижения в почве. Это может быть рытье ходов и нор, как у медведки и крота. Дождевые черви могут раздвигать почвенные частицы и прокладывать ходы. Личинки насекомых способны ползать среди почвенных частиц.

В связи с этим в процессе эволюции у животных выработались соответствующие адаптации. У землероющих организмов появились копательные конечности. У кольчатых червей имеется гидростатический скелет, а у насекомых и многоножек — коготки. Почвенные животные имеют компактное тело округлой, червеобразной формы, способное к изменению толщины, с ненамокающими покровами или покрытое слизью. Жизнь в почве как среде жизни привела к атрофии или недоразвитию органов зрения. У крота крошечные, недоразвитые глаза часто скрыты под складкой кожи. Для облегчения перемещения в узких почвенных ходах шерсть у кротов приобрела способность укладываться в двух направлениях.

Среди почвенных обитателей широко развита сапрофагия — поедание отмерших гниющих остатков других животных и растений и разложение их до минеральных веществ, благодаря чему происходит возобновление плодородия почвы.

Проверим знания