Роль живих організмів у грунтоутворенні

На думку В.І.Вернадського, організми – найбільш могутній фактор грунтоутворення. У грунті живуть представники всіх царств природи: рослини, тварини, гриби та мікроорганізми. Бактерії, гриби, лишайники, водорості готують субстрат для вищих рослин, який є провідним у процесі грунтоутворення.

В.А.Ковда (1973) зробив підрахунок, що вся біомаса на суші складає 3·10¹²-1·10¹³ т, у тому числі: ліси – n·10¹¹-n·10¹²; трави – n·10¹⁰-n·10¹¹, тварини – n·10⁹; мікроорганізми – n·10^8-9. Фіксована сонячна енергія, яка міститься у біомасі суші, складає n·10¹⁹ кДж. Тобто, як свідчать наведені цифри, основну біомасу на земній кулі створює вища рослинність, тому саме вона відіграє найважливішу біологічну роль у грунтоутворенні. Зелені рослини – єдине першоджерело органічної речовини в грунті. Головна їх функція – забезпечення біологічного кругообігу речовин, тобто поглинання з грунту елементів живлення і води, синтез органічної маси, повернення її у грунт після закінчення життєвого циклу.

Роль первинних продуцентів у процесах грунтоутворення

Характер участі рослин у грунтоутворенні різноманітний і залежить від типу рослинності. У грунтознавстві для характеристики впливу рослин на грунтоутворення розрізняють такі рослинні формації:

- група деревинних формацій: тайгові ліси, широколистяні ліси, вологі субтропічні та вологі тропічні ліси;

- група перехідних деревинно-трав'янистих формацій: ксерофітні ліси й чагарники, савани;

- група трав'янистих формацій: суходольні й заболочені луги, трав'яні прерії, степи помірного поясу, субтропічні чагарникові степи;

- група пустельних формацій – суббореальних, субтропічних і тропічних;

- група лишайниково-мохових формацій: тундри, болота.

 

Фітомаса, утворена вищими рослинами, дуже мінлива і залежить від типу рослинності та умов її формування. Біомаса деревних рослин змінюється: збільшується від високих широт до більш низьких, а трав'яної рослинності лук і степів знижується від лісостепу до сухих степів.

Опад і органічні речовини, утворені рослинами, надходять у грунт. Під дією живих організмів вони розкладаються, мінералізуються до вугільної кислоти, води, газів або перетворюються у гумус. У гумусній оболонці землі зосереджено енергії n·10¹⁹-n·10²⁰ кДж; що дорівнює біомасі суші.

Кожен тип формації відіграє свою певну роль у грунтоутворенні, тому що характеризується особливостями складу органічної речовини, надходження її до грунту, процесами її розкладу, взаємодією з мінеральною частиною грунту (табл. 9).

 

 

Таблиця 9. Біологічна продуктивність основних типів рослинності, ц/га

 

 

 

Тип рослинності	Біомаса	Приріст	Опад	Лісова підстилка або степова повсть
загальна	коренів
Арктична тундра
Чагарникова тундра
Ялинники північної тайги
Ялинники середньої тайги
Ялинники південної тайги
Діброви
Степи лучні
Степи сухі
Пустелі напівчагарникові					-
Субтропічні листяні ліси
Савани
Вологі тропічні ліси

 

Лісова рослинність, як сказано вище, переважає за своєю біомасою, являє собою складний багатоярусний біогеоценоз, має багаторічний життєвий цикл, щорічно відмирає незначна частина її біомаси, в основному – у вигляді поверхневого опаду; азот і зольні елементи зосереджені в багаторічній біомасі, вилучені з біологічного кругообігу; опад утворює лісову підстилку, при розкладі якої утворюються кислі сполуки, які вимиваються вниз по профілю й активно взаємодіють із мінеральною частиною грунту. Фізичне випаровування води в лісах незначне, панує низхідний потік вологи, в результаті відбувається вилуговування і вимивання продуктів грунтоутворення з профілю, ступінь якого залежить від типу лісу.

Роль і значення хвойного та листяного лісів у процесі грунтоутворення різні. У хвойному лісі опад розкладається повільно, утворюючи підстилку типу мор; розкладання підстилки відбувається під дією грибів, гумус утворюється фульватний, грунтоутворення йде по типу підзолоутворення, формуються висока кислотність, не-насиченість основами, низька гумусованість, малий вміст поживних елементів, особливо азоту й фосфору, низька родючість грунтів.

У змішаних і, особливо, у широколистяних лісах у кругообіг залучається в 2-3 рази більше кальцію, магнію, азоту та фосфору, ніж у хвойних. Зі спадом листя щорічно надходить в 4-5 разів більше кальцію і магнію, ніж із хвоєю. У змішаних лісах листяний опад більш м'який, містить високу кількість кальцію і магнію, багатий азотом; мінералізація відбувається протягом річного циклу, основи нейтралізують кислотність, синтезується гумус гуматно-фульватного типу; формуються сірі лісові і бурі лісові грунти, менш кислі, ніж підзолисті; підвищується насиченість основами, вміст азоту, формується вищий рівень родючості; посилюється біоактивність.

Трави мають меншу сумарну біомасу, скорочений життєвий цикл (1-3 роки). Під трав'яною рослинністю джерелом утворення гумусу є корені, надземна маса значно менша; гідротермічні умови здатні стимулювати швидкий розклад органічних решток. Вони збагачені азотом, зольними елементами, які щорічно повертаються у верхню частину профілю – формується "м'який" гумус, насичений кальцієм, гуматного типу. Такі умови сприяють формуванню чорноземів зі значним вмістом гумусу, високим рівнем родючості, а також лучних, лучно-болотних, дернових та інших типів родючих грунтів.

Мохово-лишайникова рослинність має обмежену біомасу, яка після відмирання попадає тільки на поверхню грунту, мохи мають високу вологоємність, що сприяє перезволоженню, консервації рослинних залишків, утворенню торфу.

Тип рослинної асоціації визначає швидкість, об'єм, характер і хімізм біологічного кругообігу елементів. Наприклад, ємність біологічного кругообігу у трав'янистих ценозах нижча, ніж у лісових асоціаціях, але інтенсивність кругообігу у перших значно вища, більш швидкий кругообіг окремих елементів у циклі біологічного кругообігу.

Залежно від хімічного складу решток, що мінералізуються, утворюється визначений тип біологічного кругообігу у різних рослинних асоціаціях. Так, для ялинкових насаджень він визначається як кальцієво-азотний, для широколистяних лісів – як азотно-кальцієвий, для злакових лугів – як азотно-кальцієвий, а для галофітної рослинності – як хлоридно-натрієвий. Рослинність, впливаючи на напрямок грунтоутворення, є досить чітким індикатором зміни грунтових умов. Так, поширення ареалу вологолюбної рослинності збігається з границями контурів грунтів гідроморфного й напівгідроморфного рядів.

Оскільки рослинний покрив на землі має чітко виражену зональність, то це є однією з причин зональності грунтового покриву.

9.2.2. Водорості та лишайники – "піонери" грунтоутворення

Формування "рухлякової" породи, як етап, що передує процесу первинного грунтоутворення, – результат не тільки суто фізичних і стерильних хімічних процесів. Уперше на це звернув увагу Б.Б.Полинов у 1940 р. на одній з ділянок Ільменського держзаповідника зі співробітниками по Грунтовому інституту СРСР та співробітниками кафедри грунтознавства ЛДУ.

Дослідники відзначили неоднорідність мікроландшафтів на поверхні гранітогнейсів. їх поверхня була вкрита тонким іржаво-бурим вицвітом, який, попри все, не ховав зернисто-кристалічної структури породи. В місцях, де такого нальоту не спостерігалось, поверхня гранітогнейсів виступала як свіжий злам породи. Більшість ділянок були вкриті лишайниками, різними за забарвленнями, але так закріплених у породі, що відокремити їх можна було лише за допомогою скальпеля. Ці нальоти утворені накипними лишайниками. Інші ділянки були вкриті листовими лишайниками, які прикріплювались до породи лише в одному місці. У западинках породи чітко спостерігались мохові асоціації. З глибоких тріщин подекуди розвивались молоді сосни.

 

Більш детальне вивчення цих мікроландшафтів дозволило Полинову окреслити схему розселення організмів по породі:

1) перші поселенці – накипні лишайники (вони створюють незначну кількість темнозабарвленого дрібнозему, який заповнює дрібні тріщини);

2) на підготовленому ними субстраті поселяються лишайники з листоподібними пластинками (їх біомаса значно більша і опад носить назву дрібнозем під лишайниками);

3) на трупах лишайників поселяються мохи (трансформований темнозабарвлений матеріал, що містить досить значну кількість органічних речовин, переміщується у крупні тріщини);

4) в крупних тріщинах розвиваються голонасінні.

 

Темнозабарвлений матеріал руйнування породи лишайниками є сумішшю продуктів гуміфікації, мінералізації та залишкових хімічних елементів, вивільнених з породи та не використаних лишайниками.

Як лишайники руйнують породу?

Лишайники являють собою симбіонт водорості та гриба, авто- та гетеротрофного організму. Вдень інтенсивно функціонує "водорість", виділяючи в навколишнє середовище лужні метаболіти, вночі – "гриб", який виділяє кислі метаболіти. Ця щодобова зміна рН середовища в межах від 2,5 до 8,5 веде до інтенсивного посилення хімічного вивітрювання.

Крім цього, ці організми продукують низку органічних кислот, які отримали назву лишайникових. Ці кислоти теж посилюють інтенсивність хімічного гіпергенезу, оскільки вони мають, як правило, хелатну комплексну структуру. Комплексні сполуки здатні "вибити" більшість хімічних елементів з кристалічної решітки будь-якого мінералу чи породи.

Отже, першими поселенцями на породах є лишайники? Ні. Виявляється, зелені водорості.

Відповідь на це питання вперше була дана мікробіологом, видатним мікологом Т.Г.Мірчинк. Вона дослідила "неприродне" походження рожевого забарвлення кварців на біобазі в Міасово на Південному Уралі. Те, що досліджувані породи були кварцом, ніхто не сумнівався, проте ці мінерали рожевими не бувають. Провівши мікробіологічне дослідження цих мінералів, Т.Г.Мірчинк виявила у дрібних мікротріщинах клітини зелених водоростей. Саме їх забарвлення відсвічувало рожевим кольором. "Тиск" життя – накопичення біомаси водоростей веде до розтріскування кварцу та інших мінералів по площинах нестійкості. А також водорості підлуговували середовище до рН 6,4-8,1.Отже, першими атакують породу зелені водорості, а вже потім лишайники.