Эдафический фактор в жизни растений и животных

Почва – промежуточная среда обитания, которая обеспечила переход от водной к наземной благодаря ее особенностям. Почва смогла предоставить примитивным организмам достаточно постоянную, благоприятную температуру, влажность, оптимальный газовый состав.

Своеобразие почвы в том, что она является не только средой обитания живых организмов, но и результатом их жизнедеятельности, результатом взаимодействия горной породы, климата и живых организмов в течение определенного времени.

Почвы представляет собой комплекс взаимодействующих факторов, таких как: механический состав, почвенная влага, аэрированность, почвенное плодородие. В верхних горизонтах почвы концентрируются вещества, содержащие элементы минерального питания растений – фосфор, азот, кальций, калий и многие другие. В почвенной влаге содержатся газы, растворимые соли, а иногда и токсичные для растений и животных соединения.

Эдафический фактор изменяется по ландшафтным зонам: различают характерные для тундры, тайги, степи, пустыни почвы. Даже почвы соседних участков могут различаться в зависимости от мезо- и микрорельефа.

Почвы интенсивно населены живыми организмами, наибольшая часть которых приходится на микроорганизмы. В 1 грамме почвы насчитывается до 2 млрд бактерий и микроскопических грибов. Почва изобилует одноклеточными водорослями – синезелеными, диатомовыми, зелеными, их биомасса в пересчете на 1 га превышает 130 кг. Почва населена массой беспозвоночных животных, особенно богата фауна насекомых. Некоторые энтомологи считают, что около 90% видов насекомых умеренной зоны на тех или иных стадиях своего онтогенеза связаны с почвенной средой обитания. Все они выполняют единую функцию – разложение органических веществ до неорганических, до образования гумуса. Даже для ряда позвоночных животных почва служит средой обитания. Так, например, амфибия червяга всю жизнь проводит в земле. Многие виды земноводных и пресмыкающихся пользуются подземными убежищами, выводят в земле потомство. В земляных норках гнездятся сизоворонки, ласточки-береговушки, зимородки, щурки и другие птицы. Энергичными землероями являются многие млекопитающие – крот, африканский златокрот, слепыш, бурозубки, землеройки. Одни роют под землей глубокие, разветвленные норы, другие копаются в почве в поисках растительного или животного корма.

Почва действует на организмы как совокупность факторов, таких как механический состав, влажность, температура, РН почвы.

Механический состав, структура почвы и ее поверхности является фактором, вызывающим четкие адаптивные признаки у животных. Поверхность земли является субстратом для передвижения. Она может быть твердой (каменистой, щебенистой, глинистой) и, наоборот, сыпучей, как песок, или вязко-болотистой. Изучение строения конечностей животных, живущих на том или ином грунте, обнаруживает поразительное соответствие их свойств особенностям субстрата. Представители самых различных групп животных, обитающих на песках, обладают сильно удлиненными пальцами, отороченными щетинками или роговыми щитками, что увеличивает опорную поверхность лап, препятствует погружению в песок, облегчает передвижение понему. Наоборот, у обитателей твердых грунтов пальцы укороченные, одетые прочными когтями или копытами, которые плохо снашиваются и способствуют быстрому бегу.

Механический состав почвы очень важен для животных, ведущих роющий образ жизни. В зависимости от характера грунта и способов рытья у них возникли специфические приспособления, иногда однотипные даже у представителей далеких систематических групп. Хорошо известный обыкновенный крот населяет участки с рыхлой, мягкой землей. Он роется с помощью своеобразных лап с необычайно расширенными ладонями повернутыми наружу, с небольшими когтями. Африканский златокрот живет в пустынях с тяжелым щебенистым грунтом. Его лапы имеют большие когти, особенно на 1 и 2 пальцах. Аналогичны лапы грызуна цокора, который также обитает в степях с твердым, тяжелым для рытья грунтом. Другой представитель грызунов слепыш всю жизнь проводит в почве, предпочитая степной чернозем, питаясь корнями растений. Его передние конечности не отличаются от конечностей наземных животных. Роется слепыш при помощи зубов. Резцы торчат наружу, а от ротовой полости отделены шкуркой, которая смыкается позади зубов и позволяет зверьку рыть не открывая рта и не беспокоясь, что в рот ему попадет земля. У насекомого медведки, которая также обитает в мягкой для рытья земле, передние конечности напоминают лапы крота. Это широко известный пример схождения признаков у организмов, обитающих в сходных условиях, получил название конвергенция.

Влажность почвы особенно важна для растений. Без свободной воды в почве и благоприятной температуры невозможны биохимические реакции, от которых зависит поступление в растение питательных элементов и ассимиляция. Животный мир также чутко реагирует на влажность почвы, особенно показательны при этом беспозвоночные. Слишком сухие и слишком влажные почвы значительно беднее, чем в оптимальных условиях.

К важным экологическим факторам относится температура почвы. Она зависит от температуры воздуха и от характера самой почвы, которая обладает теплоизолирующими свойствами. В связи со слабой теплопроводностью почвы ее температурный режим достаточно стабилен. Летом температура почвы ниже, чем воздуха, а зимой выше. С глубиной температура почвы падает. Различия температур в почве оказывают влияние на вертикальное распределение многих почвенных животных и вызывают их перемещения из одного горизонта в другой по мере сезонного прогревания или охлаждения почвы. Так, например, вслед за теплом перемещаются личинки мраморного хруща. Зиму они проводят на глубине 50 см, весной поднимаются все выше и выше и в конце апреля концентрируются на глубине до 10 см. Здесь личинки проводят все лето. Этим пользуются лисицы, барсуки, енотовидные собаки, ежи, которые охотятся за личинками, выкапывают их и пожирают в огромных количествах. Осенью, с похолоданием, вслед за температурной волной личинки спускаются все глубже и глубже, пока не достигнут горизонта зимовки.

Для многих организмов немаловажным фактором является реакция среды РН почвы. В зависимости от величины РН меняется подвижность элементов минерального питания. В кислых почвах при РН<4,5 накапливаются токсичные металлы (Al, Fe, Mn). При РН > 7 Р, Fe, Mn оказываются связанными в составе малорастворимых соединений, которые не усваиваются растениями. Для многих животных наиболее благоприятной является среда при РН = 7,2, хотя некоторые организмы предпочитают другие значения РН, например, большинство видов проволочников (личинок жуков-щелкунов) предпочитает почвы с РН =4,0-5,2.

Растения сами могут изменять кислотность почвы. Ель обыкновенная способна подкислять почву, так как при разложении ее хвои выделяются органические кислоты. Хвоя же лиственницы сибирской при разложении подщелачивает почву, так как в ней содержится много извести. Сильнощелочная реакция создается в верхнем слое почвы под кронами пустынных деревьев и кустарников (саксаула, черкеза), опад которых содержит большое количество подщелачивающих солей.

Кислотность почвенного раствора оказывает сильное влияние на состав и деятельность почвенных микроорганизмов, что отражается на условиях жизни растений. Растения неодинаково относятся к кислотности почвы. Во флоре каждого района есть растения, приуроченные к почвам с более кислой реакцией, с нейтральной или близкой к ней, или к почвам более или менее щелочным. Растения, предпочитающие кислые почвы с небольшим значением РН, называют ацидофилами, противоположный тип (растения щелочных почв) – базифилами, а растения почв с нейтральной реакцией – нейтрафилами. Есть также большая группа растения, безразличных к кислотности почвы и способных произрастать в широком диапазоне РН (от 4 до 7). Приуроченность растений к определенным значениям РН дает возможность использовать их в качестве индикатора почвенных условий по степени кислотности. Индикаторами наиболее кислых почв являются такие типичные ацидофилы (РН=3,5-4,5), как вереск, белоус, щучка извилистая, щавелек малый. Среднекислые и слабокислые почвы (РН=4,5-6,5) занимают ацидофилы с более широкой экологической амплитудой: полевица собачья, щучка дернистая, вейник ланцетолистный, лютик едкий, погремок большой. Индикаторы нейтральных почв такие обычные виды, как трясунка средняя, лисохвост луговой, овсянница луговая, печеночница благородная, сныть. На щелочных почвах растут мать-и-мачеха, гочица полевая, очиток едкий.

Индикация кислотности почв по растительности имеет практическое значение: появление в составе луга большого количества ацидофилов говорит о нежелательном направлении почвенного процесса, даже о начавшемся вырождении луга, о необходимости известкования луга.

Одним из экологических факторов в составе эдафического фактора является почвенное богатство. Особо важную роль этот фактор играет в жизни растений, на животных действует опосредованно. К числу необходимых химических элементов, поглощаемых растением из почвы, относятся азот, фосфор, калий, кальций, магний, железо, сера, а также несколько микроэлементов: медь, бор, цинк, молибден и др. Поскольку эти элементы часто являются дефицитными, они могут приобретать лимитирующие значение.

По отношению к общему богатству почвы необходимыми элементами различают растения, обитающие в основном на богатых, плодородных, почвах – эутрофные и растения, которым достаточно небольшого количества питательных веществ – олиготрофные. В процессе взаимодействия с почвой растения аккумулируют содержащиеся в ней элементы минерального питания. Поглощение и накопление идет избирательно и идивидуально. Например, крестоцветные накапливают в своих тканях серу, злаковые и хвощи - кремний, папоротники – алюминий и др. Некоторые группы растений особенно чувствительны к содержанию в различных концентрациях определенных элементов: нитрофилы, кальцефилы, кальцефобы. Кальций – элемент, необходимый в одинаковой степени как растениям, так и животным. Он определяет прочность и проницаемость клеточной стенки растений и прочность костей животных. Местности с известковыми почвами отличаются богатой флорой. Повышенная концентрация кальция в почве благоприятна и для животных. Кальций нужен наземным моллюскам для построения раковин, оленям, косулям, лосям для развития рогов.

К чрезвычайно важным экологическим факторам принадлежит соленость почв, оказывающая влияние на водный режим растений. Для того, чтобы вода и минеральные соли легко усваивались из почвы, необходимо, чтобы почвенный раствор был слегка гипотоничным, при этом растения не будут испытывать водного дефицита. Если соленость выше, то растения испытывают недостаток воды, даже если ее в почве достаточно. Засоление почв особенно актуально в настоящее время для республики Татарстан, в связи с засолением почв на территориях нефтедобычи. Наиболее вредными для живых организмов являются легкорастворимые хлориды, наименее вредными – труднорастворимые сульфаты, карбонаты.

В жарком и сухом климате, с преобладанием в почве восходящего тока воды, засоление встречается очень часто, на огромных площадях (это большая часть территорий степной, полупустынной и пустынной зон). Источником засоления служит приток солей из грунтовых вод. Растения, живущие на естественных соленых почвах, называются галофитами. Они отличаются специфическим видовым составом, есть целые семейства галофильных растений, например, маревые, свинчатковые, тамарисковые. В противоположность галофитам, растения незасоленных земель называются гликофитами.

В зависимости от морфологических и физиологических адаптаций галофиты подразделяют на несколько групп:

- Эугалофиты – соленакопители, обитатели солончаков. В связи с высокой солеустойчивостью цитоплазмы эугалофиты способны поглощать и накапливать большое количество солей (до 45-50 % от массы золы). Чем соленее почва, тем больше солей содержат и клетки эугалофитов. Некоторые виды растений соленакопителей раньше использовались для получения соды и поташа. Листовой опад саксаулов в Средней Азии образует соленую корку под кронами деревьев.

- Криногалофиты – солевыделители, растения, способные выделять наружу избыток соли в виде солевого раствора через особые железки на листьях. К ни относятся тамариски, кермеки. Такие растения трудно сушить в гербариях, листья их покрыты солью, которая впитывает в себя воду из других гербарных листов.

- Гликогалофиты – солеизбегающие растения, с ксерофильным обликом, например, полыни. Корневая система малопроницаема для корней, так что даже на сильно засоленных почвах соли не накапливаются в тканях этих растений. Механизм этого явления полностью еще не изучен.

- Псевдогалофиты – группа растений, избегающая засоления благодаря глубокой корневой системе, например, тростник обыкновенный, может расти на сильно засоленных почвах, наряду с солянками, но не испытывает угнетающего действия солей, так как его корни получают воду, минуя соленый горизонт почвы, из глубоких малозасоленых слоев.

Для животных может быть важным узколокальное засоление, когда, например, в лесной зоне возникает небольшой участок, отличный в химическом отношении от окружающей местности, так называемый «звериный» солонец. Это может быть также родник или болото. Они играют важную роль в жизни млекопитающих. Лоси, косули, олени, зайцы, белки и др. животные или грызут и глотают сухую соленую землю, или пьют воду, едят мокрый соленый ил. К этому их принуждает дефицит солей, особенно после зимних месяцев. Нередко грызуны усиленно обгладывают сброшенные рога лосей и оленей, а белки даже запасают на зиму кости зверей. Также ведут себя и птицы при нехватке солей в пищевом рационе.

Почва, таким образом, действует на живые организмы как комплекс факторов и сама является продуктом жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов.