Особенности почвенной среды обитания. Почвенная среда обитания (Лекция)

Особенности почвы. Почва представляет собой рыхлый тонкий поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Несмотря на незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении жизни. Почва представляет собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро- и макроорганизмов. В почве сглажены температурные колебания по сравнению с приземным слоем воздуха, а наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают режим влажности, промежуточный между водной и наземной средой. В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых отмирающей растительностью и трупами животных. Все это определяет большую насыщенность почвы жизнью.

В почве сосредоточены корневые системы наземных раетений.

В среднем на 1 м2 почвенного слоя приходится более 100 млрд клеток простейших, миллионы коловраток и тихоходок, десятки миллионов нематод, десятки и сотни тысяч клещей и первичнобес-крылых насекомых, преимущественно коллембол, тысячи других членистоногих, десятки тысяч энхитреид, десятки и сотни дождевых червей, моллюсков и прочих беспозвоночных. Кроме того, 1 см2 почвы содержит десятки и сотни миллионов бактерий, микроскопических грибов, актиномицетов и других микроорганизмов. В освещенных поверхностных слоях в каждом грамме обитают сотни тысяч фотосинтезирующих клеток зеленых, желто-зеленых, диатомовых и сине-зеленых водорослей. Живые организмы столь же характерны для почвы, как и ее неживые компоненты. Поэтому В. И. Вернадский отнес почву к биокосным телам природы, подчеркивая насыщенность ее жизнью и неразрывную связь с нею.

Неоднородность условий в почве резче всего проявляется в вертикальном направлении. С глубиной резко меняется ряд важнейших экологических факторов, влияющих на жизнь обитателей почвы. Прежде всего это относится к структуре почвы. В ней выделяют три основных горизонта, различающихся по морфологическим и химическим свойствам: 1) верхний перегнойно-аккуму-лятивный горизонт {А), в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз; 2) горизонт вмывания, или иллювиальный (В), где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества, и 3) материнскую породу, или горизонт (С), материал которой преобразуется в почву.

В пределах каждого горизонта выделяются более дробные слои, также сильно различающиеся по свойствам. Например, в зоне умеренного климата под хвойными или смешанными лесами горизонт А состоит из подстилки (Ло) - слоя рыхлого скопления растительных остатков, темноокрашенного гумусового слоя (А), в котором частицы органического происхождения перемешаны с минеральными, и подзолистого слоя (Л2) - пепельно-серого по цвету, в котором преобладают соединения кремния, а все растворимые вещества вымыты в глубину почвенного профиля. Как структура, так и химизм этих слоев очень различны, и поэтому обитатели почвы, перемещаясь всего на несколько сантиметров вверх или вниз, попадают в другие условия.

Размеры полостей между частицами почвы, пригодных для обитания в них животных, обычно быстро уменьшаются с глубиной.. Например, в луговых почвах средний диаметр полостей на глубине 0-1 см составляет 3 мм, 1-2 см - 2 мм, а на глубине 2-3 см - всего 1 мм; глубже почвенные поры еще мельче. Плотность почвы также изменяется с глубиной. Наиболее рыхлы слои, содержащие органическое вещество. Порозность этих слоев определяется тем, что органические вещества склеивают минеральные частицы в более крупные агрегаты, объем полостей между которыми увеличивается. Наиболее плотен обычно иллювиальный горизонт В, сцементированный вымытыми в него коллоидными частицами.

Влага в почве присутствует в различных состояниях: 1) связанная (гигроскопическая и пленочная) прочно удерживается поверхностью почвенных частиц; 2) капиллярная занимает мелкие поры и может передвигаться по ним в различных направлениях; 3) гравитационная заполняет более крупные пустоты и медленно просачивается вниз под влиянием силы тяжести; 4) парообразная содержится в почвенном воздухе.

Содержание воды неодинаково в разных почвах и в разное время. Если слишком много гравитационной влаги, то режим почвы близок к режиму водоемов. В сухой почве остается только связанная вода, и условия приближаются к наземным. Однако даже в наиболее сухих почвах воздух влажнее наземного, поэтому обитатели почвы значительно менее подвержены угрозе высыхания, чем на поверхности.

Состав почвенного воздуха изменчив. С глубиной в нем сильно падает содержание кислорода и возрастает концентрация углекислого газа. В связи с присутствием в почве разлагающихся органических веществ в почвенном воздухе может быть высокая концентрация таких токсичных газов, как аммиак, сероводород, метан и др. При затоплении почвы или интенсивном гниении растительных остатков местами могут возникать полностью анаэробные условия.

Колебания температуры резки только на поверхности почвы. Здесь они могут быть даже сильнее, чем в приземном слое воздуха. Однако с каждым сантиметром вглубь суточные и сезонные температурные изменения становятся все меньше и на глубине 1-1,5 м практически уже не прослеживаются.

Все эти особенности приводят к тому, что, несмотря на большую неоднородность экологических условий в почве, она выступает как достаточно стабильная среда, особенно для подвижных организмов. Крутой градиент температур и влажности в почвенном профиле позволяет почвенным животным путем незначительных перемещений обеспечить себе подходящую экологическую обстановку.

Обитатели почвы. Неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных размеров она выступает как разная среда. Для микроорганизмов особое значение имеет огромная суммарная поверхность почвенных частиц, так как на них адсорбируется подавляющая часть микробного населения. Сложность почвенной среды создает большое разнообразие условий для самых разных функциональных групп: аэробов и анаэробов, потребителей органических и минеральных соединений. Для распределения микроорганизмов в почве характерна мелкая очаговость, поскольку даже на протяжении нескольких миллиметров могут сменяться разные экологические зоны.

Для мелких почвенных животных, которых объединяют под названием микрофауна (простейшие, коловратки, тихоходки, нематоды и др.), почва - это система микроводоемов. По существу это водные организмы. Они живут в почвенных порах, заполненных гравитационной или капиллярной водой, а часть жизни могут, как и микроорганизмы, находиться в адсорбированном состоянии на поверхности частиц в тонких прослойках пленочной влаги. Многие из этих видов обитают и в обычных водоемах. Однако почвенные формы намного мельче пресноводных и, кроме того, отличаются способностью долго находиться в инцистирован-ном состоянии, пережидая неблагоприятные периоды. В то время как пресноводные амебы имеют размеры 50-100 мкм, почвенные- всего 10-15. Особенно мелки представители жгутиковых, нередко всего 2-5 мкм. Почвенные инфузории также имеют карликовые размеры и к тому же могут сильно менять форму тела.

Для дышащих воздухом несколько более крупных животных почва предстает как система мелких пещер. Таких животных объединяют под названием мезофауна. Размеры представителей мезофауны почв - от десятых долей до 2-3 мм. К этой группе относятся в основном членистоногие: многочисленные группы клещей, первичнобескрылые насекомые (коллемболы, протуры, двухвостки), мелкие виды крылатых насекомых, многоножки симфилы и др. У них нет специальных приспособлений к рытью. Они ползают по стенкам почвенных полостей при помощи конечностей или червеобразно извиваясь. Насыщенный водяными парами почвенный воздух позволяет дышать через покровы. Многие виды не имеют трахейной системы. Такие животные очень чувствительны.к высыханию. Основным средством спасения от колебания влажности воздуха для них является передвижение вглубь. Но возможность миграции по почвенным полостям вглубь ограничивается быстрым уменьшением диаметра пор, поэтому передвижения по скважинам почвы доступны только самым мелким видам. Более крупные представители мезофауны обладают некоторыми приспособлениями, позволяющими переносить временное снижение влажности почвенного воздуха: защитными чешуйками на теле, частичной непроницаемостью покровов, сплошным толстостенным панцирем с эпикутикулой в сочетании с примитивной трахейной системой, обеспечивающей дыхание.

Периоды затопления почвы водой представители мезофауны переживают в пузырьках воздуха. Воздух задерживается вокруг тела животных благодаря их несмачивающимся покровам, снабженным к тому же волосками, чешуйками и т. п. Пузырек воздуха служит для мелкого животного своеобразной «физической жаброй». Дыхание осуществляется за счет кислорода, диффундирующего в воздушную прослойку из окружающей воды.

Представители микро- и мезофауны способны переносить зимнее промерзание почвы, так как большинство видов не может уходить вниз из слоев, подвергающихся воздействию отрицательных температур.

Более крупных почвенных животных, с размерами тела от 2 до 20 мм, называют представителями макрофауны.Это личинки насекомых, многоножки, энхитреиды, дождевые черви и др. Для них почва - плотная среда, оказывающая значительное механическое сопротивление при движении. Эти относительно крупные формы передвигаются в почве, либо расширяя естественные скважины путем раздвигания почвенных частиц, либо роя новые ходы. Оба способа передвижения накладывают отпечаток на внешнее строение животных.

Возможность двигаться по тонким скважинам, почти не прибегая к рытью, присуща только видам, которые имеют тело с малым поперечным сечением, способное сильно изгибаться в извилистых ходах (многоножки - костянки и геофилы). Раздвигая частицы почвы за счет давления стенок тела, передвигаются дождевые черви, личинки комаров-долгоножек и др. Зафиксировав задний конец, они утончают и удлиняют передний, проникая в узкие почвенные щели, затем закрепляют переднюю часть тела и увеличивают его диаметр. При этом в расширенном участке за счет работы мышц создается сильное гидравлическое давление несжимающейся внутриполостной жидкости: у червей - содержимого целомических мешочков, а у типулид - гемолимфы. Давление передается через стенки тела на почву, и таким образом животное расширяет скважину. При этом сзади остается открытый ход, что грозит увеличением испарения и преследованием хищников. У многих видов развиты приспособления к экологически более выгодному типу передвижения в почве - рытью с закупориванием за собой хода. Рытье осуществляется разрыхлением и отгребанием почвенных частиц. Личинки разных насекомых используют для этого передний конец головы, мандибулы и передние конечности, расширенные и укрепленные толстым слоем хитина, шипами и выростами. На заднем конце тела развиваются приспособления для прочной фиксации - выдвигающиеся подпорки, зубцы, крючья. Для закрывания хода на последних сегментах у ряда видов имеется специальная вдавленная площадка, обрамленная хитиновыми бортиками или зубцами, своего рода тачка. Подобные площадки образуются на задней части надкрылий и у жуков-короедов, которые тоже используют их для закупоривания ходов буровой мукой. Закрывая за собой ход, животные - обитатели почвы, постоянно находятся в замкнутой камере, насыщенной испарениями собственного тела.

Газообмен большинства видов этой экологической группы осуществляется при помощи специализированных органов дыхания, но наряду с этим дополняется газообменом через покровы. Возможно даже исключительно кожное дыхание, например у дождевых червей, энхитреид.

Роющие животные могут уходить из слоев, где возникает неблагоприятная обстановка. В засуху и к зиме они концентрируются в более глубоких слоях, обычно в нескольких десятках сантиметров от поверхности.

Мегафауна почв - это крупные землерои, в основном из числа млекопитающих. Ряд видов проводит в почве всю жизнь (слепыши, слепушонки, цокоры, кроты Евразии, златокроты Африки, сумчатые кроты Австралии и др.). Они прокладывают в почве целые системы ходов и нор. Внешний облик и анатомические особенности этих животных отражают их приспособленность к роющему подземному образу жизни. У них недоразвиты глаза, компактное, вальковатое тело с короткой шеей, короткий густой мех, сильные копательные конечности с крепкими когтями. Слепыши и слепушонки разрыхляют землю резцами. К мегафауне почвы следует отнести и крупных олигохет, в особенности представителей семейства Megascolecidae, обитающих в тропиках и южном полушарии. Самый крупный из них австралийский Megascolides aust-ralis достигает в длину 2,5 и даже 3 м.

Кроме постоянных обитателей почвы, среди крупных животных можно выделить большую экологическую группу обитателей нор (суслики, сурки, тушканчики, кролики, барсуки и т. п.). Они кормятся на поверхности, но размножаются, зимуют, отдыхают, спасаются от опасности в почве. Целый ряд других животных использует их норы, находя в них благоприятный микроклимат и укрытие от врагов. Норники обладают чертами строения, характерными для наземных животных, но имеют ряд приспособлений, связанных с роющим образом жизни. Например, у барсуков длинные когти и сильная мускулатура на передних конечностях, узкая голова, небольшие ушные раковины. У кроликов по сравнению с зайцами, не роющими нор, заметно укорочены уши и задние ноги, более прочный череп, сильнее развиты кости и мускулатура предплечий и т. п.

По целому ряду экологических особенностей почва является средой, промежуточной между водной и наземной. С водной средой почву сближают ее температурный режим, пониженное содержание кислорода в почвенном воздухе, насыщенность его водяными парами и наличие воды в других формах, присутствие солей и органических веществ в почвенных растворах, возможность двигаться в трех измерениях.

С воздушной средой почву сближают наличие почвенного воздуха, угроза иссушения в верхних горизонтах, довольно резкие изменения температурного режима поверхностных слоев.

Промежуточные экологические свойства почвы как среды обитания животных позволяют предполагать, что почва играла особую роль в эволюции животного мира. Для многих групп, в частности членистоногих, почва послужила средой, через которую первоначально водные обитатели смогли перейти к наземному образу жизни и завоевать сушу. Этот путь эволюции членистоногих доказан трудами М. С. Г и л я р о в а.

Почва представляет собой рыхлый тонкий поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Важнейшее ее свойство - плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Почва представляет собой не просто твердое тело, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются чрезвычайно разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро- и макроорганизмов. В почве сглажены температурные колебания по сравнению с приземным слоем воздуха, а наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают промежуточный между водной и наземной средой режим влажности. В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых отмирающей растительностью и трупами животных (рис. 1.3).

Рис. 1.3.

Почва неоднородна по своей структуре и физико-химическим свойствам. Неоднородность условий в почве резче всего проявляется в вертикальном направлении. С глубиной резко меняется ряд важнейших экологических факторов, влияющих на жизнь обитателей почвы. Прежде всего это относится к структуре почвы. В ней выделяют три основных горизонта, различающихся по морфологическим и химическим свойствам (рис. 1.4): 1) верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт А, в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз; 2) горизонт вмывания, или иллювиальный В, где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества, и 3) материнскую породу, или горизонт С, материал которой преобразуется в почву.

Рис. 1.4.

В почве сосредоточены корневые системы наземных растений. Чтобы растения могли выжить, почва как среда обитания должна удовлетворять их потребность в минеральных элементах питания, в воде и кислороде, при этом важны значения pH (относительная кислотность и соленость (концентрация солей).

1. Минеральные элементы питания и способность почвы их удерживать. Для питания растений необходимы такие минеральные питательные компоненты {биогены), как нитраты {N0 3), фосфаты (Р0 3 4),

калий (К +) и кальций (Са 2+ ). За исключением соединений азота, которые образуются из атмосферного N 2 при круговороте этого элемента, все минеральные биогены изначально входят в химический состав горных пород наряду с «непитательными» элементами, такими как кремний, алюминий и кислород. Однако эти биогены недоступны растениям, пока они закреплены в структуре пород. Чтобы ионы биогенов перешли в менее связанное состояние или в водный раствор, порода должна быть разрушена. Порода, которую называют материнской, разрушается в процессе естественного выветривания. Когда ионы биогенов высвобождаются, они становятся доступными растениям. Будучи исходным источником биогенов, выветривание все же слишком медленный процесс, чтобы обеспечить нормальное развитие растений. В естественных экосистемах основной источник биогенов - разлагающиеся детрит и метаболические отходы животных, т.е. круговорот биогенов.

В агроэкосистемах происходит неизбежное удаление биогенов с собранным урожаем, так как они входят в состав растительного материала. Их запас регулярно пополняют, внося удобрения.

2. Вода и водоудерживающая способность. Влага в почве присутствует в различных состояниях:
1) связанная (гигроскопическая и пленочная) прочно удерживается поверхностью почвенных частиц;
2) капиллярная занимает мелкие поры и может передвигаться по ним в различных направлениях;
3) гравитационная заполняет более крупные пустоты и медленно просачивается вниз под влиянием силы тяжести;
4) парообразная содержится в почвенном воздухе.

Если слишком много гравитационной влаги, то режим почвы близок к режиму водоемов. В сухой почве остается только связанная вода и условия приближаются к наземным. Однако даже в наиболее сухих почвах воздух влажнее наземного, поэтому обитатели почвы значительно менее подвержены угрозе высыхания, чем на поверхности.

В листьях растений существуют тонкие поры, через которые происходит поглощение углекислого газа (С0 2) и выделение кислорода (0 2) в процессе фотосинтеза. Однако они же пропускают пары воды из влажных клеток, находящихся внутри листа, наружу. Чтобы компенсировать эти потери водяных паров листьями, называемые транспирацией, необходимо по меньшей мере 99% всей поглощаемой растением воды; на фотосинтез расходуется менее 1%. Если воды недостаточно для восполнения потерь на транспирацию, растение вянет.

Очевидно, что если дождевая вода стекает по поверхности грунта, а не впитывается, пользы от нее не будет. Поэтому весьма важна инфильтрация, т.е. впитывание воды с поверхности почвы. Так как корни большинства растений в нее не очень глубоко проникают, вода, которая просачивается глубже, чем на несколько сантиметров (а для мелких растений - на гораздо меньшую глубину), становится недоступной. Следовательно, в период между дождями растения зависят от запаса воды, удерживаемого поверхностным слоем почвы, как губкой. Величина этого запаса называется водоудерживающей способностью почвы. Даже при редких осадках почвы с хорошей водоудерживающей способностью могут запасти достаточно влаги для поддержания жизни растений на протяжении довольно длительного сухого периода.

Наконец, запас воды в почве сокращается не только в результате его использования растениями, но и за счет испарения с поверхности почвы.

Итак, идеальной будет почва с хорошей инфильтрацией и водоудерживающей способностью и покровом, снижающим потери воды от испарения.

3. Кислород и аэрация. Чтобы расти и поглощать биогенные элементы, корням необходима энергия, генерируемая при окислении глюкозы в процессе клеточного дыхания. При этом потребляется кислород и в качестве отхода образуется углекислый газ. Следовательно, обеспечение диффузии (пассивного движения) кислорода из атмосферы в почву и обратное перемещение углекислого газа - еще одна важная черта почвенной среды. Его называют аэрацией. Обычно аэрацию затрудняют два обстоятельства, приводящих к замедлению роста или гибели растений: уплотнение почвы и насыщение ее водой. Уплотнением называют сближение между собой почвенных частиц, при котором воздушное пространство между ними становится слишком ограниченным, чтобы происходила диффузия. Водонасыщение - результат переувлажнения.

Потери воды растением при транспирации должны компенсироваться запасами капиллярной воды в почве. Этот запас зависит не только от обилия и частоты осадков, но и от способности почвы впитывать и удерживать воду, а также от прямого испарения с ее поверхности когда все пространство между частицами почвы заполняется водой. Это можно назвать «затоплением» растений.

Дыхание корней растений - это поглощение ими кислорода из окружающей среды и выделение в нее углекислого газа. В свою очередь, эти газы должны иметь возможность диффундировать между частицами почвы

4. Относительная кислотность (pH). Большинству растений и животных требуется близкое к нейтральному значение pH = 7,0; в большинстве естественных сред обитания такие условия соблюдаются.
5. Соль и осмотическое давление. Для нормальной жизнедеятельности клетки живого организма должны содержать определенное количество воды, т.е. требуют водного баланса. Однако сами они не способны активно закачивать или выкачивать воду. Их водный баланс регулируется отношением - концентрацией солей с внешней и внутренней сторон от клеточной мембраны. Молекулы воды притягиваются ионами соли. Клеточная мембрана препятствует прохождению ионов, а вода быстро движется сквозь нее в направлении большей их концентрации. Это явление называется осмосом.

Клетки контролируют свой водный баланс, регулируя внутреннюю концентрацию соли, а вода поступает внутрь и наружу под действием осмоса. Если концентрация соли вне клетки слишком высока, вода поглощаться не может. Более того, под действием осмоса она будет оттягиваться из клетки, что приведет к обезвоживанию и гибели растения. Сильно засоленные почвы практически представляют собой безжизненные пустыни.

Обитатели почвы. Неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных размеров она выступает как разная среда.

Для мелких почвенных животных, которых объединяют под названием микрофауна (простейшие, коловратки, тихоходки, нематоды и др.), почва - это система микроводоемов. По существу, это водные организмы. Они живут в почвенных порах, заполненных гравитационной или капиллярной водой, а часть жизни могут, как и микроорганизмы, находиться в адсорбированном состоянии на поверхности частиц в тонких прослойках пленочной влаги. Многие из этих видов обитают и в обычных водоемах. Однако почвенные формы намного мельче пресноводных, и, кроме того, попадая в неблагоприятные условия среды, они выделяют на поверхности своего тела плотную оболочку - цисту (лат. cista - ящик), защищающую их от высыхания, воздействия вредных веществ и т.д. При этом физиологические процессы замедляются, животные становятся неподвижными, принимают округлую форму, перестают питаться, и организм впадает в состояние скрытой жизни (инцистированное состояние). Если инцистированная особь вновь попадает в благоприятные условия, происходит эксцистирование; животное покидает цисту, превращается в вегетативную форму и возобновляет активную жизнедеятельность.

Для дышащих воздухом несколько более крупных животных почва предстает как система мелких пещер. Таких животных объединяют под названием мезофауна. Размеры представителей мезофауны почв - от десятых долей до 2-3 мм. К этой группе относятся в основном членистоногие: многочисленные группы клещей, первичнобескрылые насекомые (напрмер, двухвостки), мелкие виды крылатых насекомых, многоножки симфилы и др.

Более крупных почвенных животных, с размерами тела от 2 до 20 мм, называют представителями макрофауны. Это личинки насекомых, многоножки, энхитреиды, дождевые черви и др. Для них почва - плотная среда, оказывающая значительное механическое сопротивление при движении.

Мегафауна почв - это крупные землерои, в основном из числа млекопитающих. Ряд видов проводит в почве всю жизнь (слепыши, слепушонки, сумчатые кроты Австралии и др.). Они прокладывают в почве целые системы ходов и нор. Внешний облик и анатомические особенности этих животных отражают их приспособленность к роющему подземному образу жизни. У них недоразвиты глаза, компактное, вальковатое тело с короткой шеей, короткий густой мех, сильные копательные конечности с крепкими когтями.

Кроме постоянных обитателей почвы, среди крупных животных можно выделить большую экологическую группу обитателей нор (суслики, сурки, тушканчики, кролики, барсуки и т. п.). Они кормятся на поверхности, но размножаются, зимуют, отдыхают, спасаются от опасности в почве.

В таблице 1.1 приведена сравнительная характеристика абиотических сред и адаптации к ним живых организмов.

Характеристика абиотических сред и адаптации к ним живых организмов

Таблица 1.1

Среда	Характеристика	Адаптация организма к среде
	Самая древняя. Освещенность убывает с глубиной. При погружении на каждые 10 м давление возрастает на одну атмосферу. Дефицит кислорода. Степень солености возрастает от пресных вод к морским и океаническим. Относительно однородная (гомогенная) в пространстве и стабильная во времени	Обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей, осморегуляции
Почвенная	Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной средой. Дефицит или полное отсутствие света. Высокая плотность. Четырехфазная (фазы: твердая, жидкая, газообразная, живые организмы). Неоднородная (гетерогенная) в пространстве. Во времени условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более динамичны, чем в водной и организменной. Самая богатая живыми организмами среда обитания	Форма тела вальковатая (гладкая, округлая, цилиндрической или веретеновидной формы), слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах
Наземновоздушная	Разреженная. Обилие света и кислорода. Гетерогенная в пространстве. Очень динамичная во времени	Выработка опорного скелета, механизмов регуляции гидротермического режима. Освобождение полового процесса от жидкой среды

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Перечислите структурные элементы почвы.
2. Какие характерные особенности почвы как среды обитания Вы знаете?
3. Какие элементы и соединения относятся к биогенам?
4. Проведите сравнительный анализ водной, почвенной и наземно-воздушной сред обитания.

Эта среда имеет свойства, сближающие ее с водной и наземно-воздушной средами. Многие мелкие организмы живут здесь как гидробионты в поровых скоплениях свободной воды. Как и в водной среде, почвах велики колебания температур. Амплитуды их быстро затухают с глубиной. Существенна вероятность дефицита кислорода, особенно при избытке влаги или углекислоты. Сходство с наземно-воздушной средой проявляется через наличие пор, заполненных воздухом.

К специфическим свойствам , присущим только почве, относится плотное сложение (твердая часть или скелет). В почвах обычно выделяюттри фазы (части): твердую, жидкую и газообразную. В.И. Вернадский почву отнес к биокостным телам, подчеркивая этим большую роль в ее образовании и жизни организмов и продуктов их жизнедеятельности.Почва - наиболее насыщенная живыми организмами часть биосферы (почвенная пленка жизни). Поэтому в ней иногда выделяют четвертую фазу - живую.

В качестве лимитирующих факторов в почве чаще всего выступает недостаток тепла (особенно при вечной мерзлоте), а также недостаток (засушливые условия) или избыток (болота) влаги. Реже лимитирующими бывают недостаток кислорода или избыток углекислоты.

Жизнь многих почвенных организмов тесно связана с порами и их размером. Одни организмы в порах свободно передвигаются. Другие (более крупные организмы) при передвижении в порах изменяют форму тела по принципу перетекания, например дождевой червь, или уплотняют стенки пор. Третьи - могут передвигаться только разрыхляя почву или выбрасывая на поверхность образующий материал (землерои). Из-за отсутствия света многие почвенные организмы лишены органов зрения. Ориентация осуществляется с помощью обоняния или других рецепторов.

Растения, животные и микроорганизмы, обитающие в почве, находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и со средой обитания. Благодаря этим взаимоотношениям и в результате коренных изменений физических, химических и биохимических свойств горной породы в природе постоянно происходят почвообразовательные процессы.

В среднем почва содержит 2-3 кг/м2 живых растений и животных, или 20-30 т/га. По степени связи с почвой как средой обитания животных объединяют в три экологические группы : геобионты, геофилы и геоксенны.

Геобионты - постоянные обитатели почвы. Весь цикл их развития протекает в почвенной среде. Это такие, как дождевые черви, многие первично-бескрылые насекомые.

Геофилы - животные, часть цикла развития которых, обязательно происходит в почве. К этой группе принадлежат большинство насекомых: саранчовые, ряд жуков, комары-долгоносики. Их личинки развиваются в почве. Во взрослом же состоянии это типичные наземные обитатели. К геофилам принадлежат и насекомые, которые в почве находятся в фазе куколки.

Геоксены - животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища. К ним относятся из насекомых - тараканы, многие полужесткокрылые, грызуны, млекопитающие, живущие в норах.

Почвенных обитателей в зависимости от их размеров и степени подвижности можно разделить на несколько групп:

Микробиота, микробиотип - это почвенные микроорганизмы, составляющие основное звено детритной пищевой цепи, представляют собой как бы промежуточное звено между растительными остатками и почвенными животными. Это зеленые и сине-зеленые водоросли, бактерии, грибы и простейшие. Они живут в почвенных порах, заполненных гравитационной или капиллярной водой.

Мезобиота, мезобиотип - это совокупность мелких, легко извлекающихся из почвы, подвижных животных. Сюда относятся почвенные нематоды, клещи, мелкие личинки насекомых, ногохвостики и др.

Макробиота, макробиотип - это крупные почвенные животные с размерами тела от 2 до 20 мм. К данной группе относятся личинки насекомых, многоножки, энхитреиды, дождевые черви и др.

Мегабиота, мегабиотип - это крупные землерои: златокроты в Африке, кроты в Евразии, сумчатые кроты в Австралии, слепыши, слерушонки, цокоры. Сюда же относятся обитатели нор (барсуки, сурки, суслики, тушканчики и др.).

К особой группе относятся обитатели сыпучих подвижных песков- псаммофиты (токнопалый суслик, гребнепалый тушканчик, бегунки, рябки, мраморные хрущики, скакуны и др.). Животных, приспособившихся к жизни на засоленных почвах, называютгалофилами .

Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, которое определяется с содержанием гумуса, макро-микроэлементов. Растения, распространенные преимущественно на плодородных почвах, называют - эвтрофные или эутрофные, довольствующиеся небольшим количеством питательных веществ -олиготрофные .

Между ними выделяют промежуточную группу мезотрофных видов.

Растения, особенно требовательные к повышенному содержанию азота в почве, называют нитрофилами (малина хмель, крапива, щирица), приспособившиеся к произростанию на почвах с высоким содержанием солей -галифитами , на не засоленных -гликофитами . Особую группу представляют растения, адаптированные к сыпучим пескам -псаммофиты (белый саксаул, кандам, песчаная акация); растения, произрастающие на торфе (торфяные болота), называютсяоксилофитами (багульник, росянка).Литофитами называют растения, обитающие на камнях, скалах, каменистых осыпях - это автотрофные водоросли, накипные лишайники, листовые лишайники и др.

Почвенная среда обитания, характеристика которой будет рассмотрена в нашей статье, является основой жизни для многих организмов. Как можно существовать в условиях отсутствия света и большого количества углекислого газа? Давайте разбираться вместе.

Экологические факторы

В окружающей среде на любой живой организм неминуемо действует целый ряд условий. Их называют экологическими факторами. Среди них особую группу составляют компоненты неживой природы. Это абиотические факторы. К ним относятся показатели температуры воды и воздуха, давления, химического состава атмосферы, тип почвы.

Биотические факторы объединяют разные формы взаимоотношений организмов. Они могут быть нейтральными, взаимовыгодными или антагонистическими. На современном этапе особое значение приобрели антропогенные факторы. Это все формы хозяйственной деятельности человека.

Среды обитания организмов

Каждый вид приспособлен к определенным условиям существования. Их совокупность называется средой обитания. Всего их четыре. Это наземно-воздушная, водная, почвенная и другие организмы. Каждая из них имеет свои особенности. К примеру, высокая удельная теплоемкость, незначительные колебания температуры - это характеристики водной среды. Для почвенной характерны совсем другие показатели.

Что такое почва?

Начнем с определения понятия. Почвой называют верхний рыхлый плодородный Ее структура представлена частицами глины, песчинками и органическими веществами - гумусом. Между ними находятся полости, которые заполнены водой или воздухом. Глубина почвенной среды обитания, характеристику которой мы рассматриваем, составляет несколько метров.

Характеристика почвенной среды обитания: таблица

Как видите, почва представляет собой достаточно динамичную систему. С течением времени слои взаимопревращаются и сменяют друг друга.

Почвенная среда обитания: характеристика

Верхний слой литосферы имеет ряд уникальных особенностей. Почвенной среде обитания, характер условий которой отличается относительным постоянством, присущи следующие признаки:

Высокая плотность, которая затрудняет движение организмов.
Наличие света только в верхних слоях, что делает возможным существование там некоторых видов водорослей.
Незначительные перепады температуры.
Повышенное содержание углекислого газа, который является продуктом дыхания корней растений, грибов и животных.
Постоянное наличие воды, уровень которой определяется климатическими условиями и количеством обитателей.
Наличие многовидовых сообществ организмов и их остатков.

Местные жители

Кто же способен обитать в таких условиях? В верхнем слое почвы расположены корневые системы и растений. Встречаются здесь лишайники, цианобактерии, зеленые и диатомовые водоросли. Особенно много их на поверхности почвы, где наиболее благоприятные условия для осуществления фотосинтеза.

А вот грибы и бактерии населяют всю толщу почвы. Среди животных встречаются простейшие, кольчатые и круглые черви, брюхоногие моллюски. Почвенными позвоночными являются слепыши, кроты, землеройки.

Некоторые животные проводят в этой среде обитания только определенный этап своей жизни. К примеру, жуки откладывают в почву свои личинки. А по мере развития они переходят к наземно-воздушной среде. Грызуны переносят здесь неблагоприятные условия - засуху или холода.

Пути адаптации

Характеристика почвенной среды обитания включает и особенности организмов, которые ее населяют. Каждый вид по-своему приспособился к ней. Поскольку движение в почве затруднено, ее жители имеют червеобразную или округлую форму тела. Передвигаться в почве можно двумя способами. Так, дождевые черви пропускают ее через пищеварительную трубку. А вот млекопитающие имеют конечности роющего типа. У слепышей и кротов органы зрения недоразвиты, а у некоторых видов полностью зарастают. В своих многочисленных ходах такие животные ориентируются с помощью других органов чувств - осязания и обоняния.

Поскольку при движении животные постоянно подвергаются трению о твердые частицы, их покровы отличаются прочностью и гибкостью. Вместе с этим через кутикулу почвенных насекомых испаряется вода, что очень важно в условиях повышенной влажности. Молекулы кислорода располагаются между твердыми частицами, поэтому большинство почвенных животных дышит всей поверхностью тела.

Итак, характеристика почвенной среды обитания кратко представлена следующими особенностями:

Является верхним слоем литосферы, который обладает плодородием.
Состоит из твердых частиц и гумуса, между которыми находятся молекулы воды и воздуха.
Отличается постоянством условий.
Главными абиотическими факторами для этой среды являются отсутствие света, повышенное содержание углекислого газа, большая плотность.

Реферат выполнил студент Группа ЭЛК - 11

Министерство образования Российской федерации

Хабаровский государственный технический университет

Хабаровск 2001

Наземно-воздушная среда.

Атмосфера (от греческого atmos – пар и sphaira – шар), газообразная оболочка земли или какого – либо другого тела. Точной верхней границы земной атмосферы указать нельзя, так как плотность воздуха непрерывно убывает с высотой. Приближаясь к плотности вещества, заполняющего межпланетное пространство. Следы атмосферы имеются на высотах порядка радиуса земли (около 6350 километров). С высотой состав атмосферы меняется мало. Атмосфера имеет ясно выраженное слоистое строение. Основные слои атмосферы:

Тропосфера – до высоты 8 – 17 км. (в зависимости от широты); в ней сосредоточен весь водяной пар и 4/5 массы атмосферы и развиваются все явления погоды. В тропосфере выделяют приземный слой толщиной 30 – 50 м, находящийся под непосредственным воздействием земной поверхности.

Стратосфера – слой над тропосферой до высоты около 40 км. Характеризуется почти полной неизменностью температуры по высоте. Отделяется от тропосферы переходным слоем – тропопаузой, толщиной около 1 км. В верхней части стратосферы наблюдается максимальная концентрация озона, поглощающего большое число ультрафиолетовой радиации Солнца и предохраняющего живую природу Земли от её вредного воздействия.

Мезосфера – слой между 40 и 80 км; в нижней его половине температура растет от +20 до +30 градусов, в верхней – падает почти до –100 градусов.

Термосфера (ионосфера) – слой между 80 и 800 – 1000км, обладающий повышенной ионизацией молекул газа (под воздействием беспрепятственно проникающей космической радиации). Изменения состояния ионосферы сказываются на земном магнетизме, порождают явления магнитных бурь, влияют на отражение и поглощение радиоволн; в ней возникают полярные сияния. В ионосфере различают несколько слоев (областей) с максимальной ионизацией.

Экзосфера (сфера рассеяния) – слой выше 800 – 1000км, из которого молекулы газов рассеиваются в космическое пространство.

Атмосфера пропускает 3/4 солнечного излучения и задерживает длинноволновое излучение земной поверхности, тем самым, увеличивая общее количество тепла, идущего на развитие природных процессов на Земле.

Огромное количество вредных веществ содержится в воздухе (в атмосфере), которым мы дышим. Это твердые частицы сажи, асбеста, свинца, и взвешенные жидкие капельки углеводородов и серной кислоты, и газы: оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы. Все эти загрязнения, находящиеся в воздухе, оказывают биологическое воздействие на организм человека.

Смог (от англ. smoke – дым и fog – туман), нарушающий нормальное состояние воздуха многих городов, возникает в результате реакции между содержащимися в воздухе углеводородами и оксидами азота, находящимися в выхлопных газах автомобилей.

К основным загрязнителям атмосферы, которых, по данным ЮНЕП, ежегодно выделяется до 25 млрд. т., относят:

Диоксид серы и частицы пыли – 200 млн. т./год;

Оксиды азота – 60 млн. т./год;

Оксиды углерода – 8000 млн. т./год;

Углеводороды – 80 млн. т./год.

Основное направление защиты воздушного бассейна от загрязнений вредными веществами – создание новой безотходной технологии с замкнутыми циклами производства и комплексным использованием сырья.

Многие действующие предприятия используют технологические процессы с открытыми циклами производства. В этом случае отходящие газы перед выбросом в атмосферу подвергаются очистке с помощью скрубберов, фильтров и т.д. Это дорогая технология, и только в редких случаях стоимость извлекаемых из отходящих газов веществ может покрыть расходы на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.

Наиболее распространены при очистке газов адсорбционные, абсорбционные и каталитические методы.

Санитарная очистка промышленных газов включает в себя очистку от СО2, СО, оксидов азота, SO2, от взвешенных частиц.

Очистка газов от СО2

Очистка газов от СО

Очистка газов от оксидов азота

Очистка газов от SO2

Очистка газов от взвешенных частиц

Водная среда.

Гидросфера (от гидро… и сфера), прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой (литосферой); представляет совокупность океанов, морей, озер, рек, болот, а также подземных вод. Гидросфера покрывает около 71% земной поверхности; объем ее около 1370 млн. км3 (1/800 общего объема планеты); масса 1,4 х 1018 тонн, из которых 98,3 % сосредоточено в океанах и морях. Химический состав гидросферы приближается к среднему составу морской воды.

Количество пресной воды составляет 2,5 % всей воды на планете; 85 % - морская вода. Запасы пресной воды распределены крайне неравномерно: 72,2 % - льды; 22,4 % - грунтовые воды; 0,35 % - атмосфера; 5, 05 % - устойчивый сток рек и вода озер. На долю воды, которую мы можем использовать, приходиться всего 10-2 % всей пресной воды на Земле.

Хозяйственная деятельность человека привела к заметному сокращению количества воды в водоемах суши. Сокращение уровня грунтовых вод уменьшает урожайность окрестных хозяйств.

По количеству солей вода делиться на: пресную (<1 г/л солей), засоленную (до 25 г/л солей) и соленую (>25).

Деградация природных вод связана в первую очередь с увеличением солесодержания. Количество минеральных солей в водах постоянно растет. Основная причина засоленности вод – истребление лесов, распашка степей, выпас скота. Вода при этом не задерживается в почве, не увлажняет ее, не пополняет почвенные источники, а скатывается через реки в море. В качестве мер, принятых в последнее время для снижения засоленности рек, используется посадка лесов.

Громаден объем сброса дренажных вод. К 2000 г. он составил 25 – 35 км3. Системы орошения потребляют обычно 1 – 2 тыс. м3/га, их минерализация составляет до 20 гл. Огромен вклад в минерализацию воды сброса промышленных стоков. По данным за 1996 г. в России объем пром. стоков был равен стоку такой большой реки, как Кубань.

Наблюдается постоянный рост водопотребления, как на производственные, так и на бытовые нужды. В среднем в городах с населением 1 млн. человек, по данным США, потребляются 200 л/сутки воды на человека.

Основные характеристики сточных вод, влияющие на состояние водоемов: температура, минералогический состав примесей, содержание кислорода, мл, рН, концентрация вредных примесей. Особенно большое значение для самоочищения водоемов имеет кислородный режим. Условия спуска сточных вод в водоемы регламентируются «правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами». Сточные воды характеризуются следующими признаками:

Мутность воды;

Цветность воды;

Сухой остаток;

Кислотность;

Жесткость;

Растворимый кислород;

Биологическая потребность в кислороде.

В зависимости от условий образования сточные воды делятся на три группы:

Бытовые сточные воды;

Атмосферные сточные воды;

Промышленные сточные воды;

Методы очистки воды. Чистые сточные воды – это воды, которые в процессе участия в технологии производства практически не загрязняются и сброс которых без очистки не вызывает нарушений нормативов качества воды водного объекта.

Загрязненные сточные воды – это воды, которые в процессе использования загрязняются различными компонентами и сбрасываются без очистки, а также сточные воды, проходящие очистку, степень которой ниже норм. Сброс этих вод вызывает нарушение нормативов качества воды в водном объекте.

Практически всегда очистка промышленных стоков – это комплекс методов:

механическая очистка стоков;

химическая очистка:

реакции нейтрализации;

реакции окисления – восстановления;

биохимическая очистка:

аэробная биохимическая очистка;

анаэробная биохимическая очистка;

обеззараживание воды;

специальные методы очистки;

дистилляция;

вымораживание;

мембранный метод;

ионный обмен;

удаление остаточных органических веществ.

Почвенная среда.

Почва – поверхностный слой земной коры, несущий на себе растительный покров и обладающий плодородием. Изменяется под влиянием растительности, животных (главным образом микроорганизмов), климатических условий, деятельности человека. По механическому составу (по крупности почвенных частиц) различают почвы: песчаные, супесчаные (супеси), суглинистые (суглинки), глинистые. По генезису различают почвы: дерново-подзолистые, серые лесные, черноземные, каштановые, бурые и др. Распределение почвы на земной поверхности подчинено законам зональности (горизонтальной и вертикальной).

Основные виды загрязнения литосферы – твердые бытовые и промышленные отходы. На одного жителя в городе в среднем приходиться в год примерно по 1 т твердых отходов, причем эта цифра ежегодно увеличивается.

В городах под складирование бытовых отходов отводятся большие территории. Удалять отходы следует в короткие сроки, чтобы не допускать размножения насекомых, грызунов, предотвращать загрязнение воздуха. Во многих городах действуют заводы по переработке бытовых отходов, причем полная переработка мусора позволяет городу с населением в 1 млн. человек получать в год до 1500 т металла и почти 45 тыс. т компоста. В результате утилизации отходов город становится чище, кроме того, за счет освобождающихся площадей, занятых свалками, город получает дополнительные территории.

Правильно организованная технологическая свалка – это такое складирование твердых бытовых отходов, которое предусматривает постоянную переработку отходов при участии кислорода воздуха и микроорганизмов.

На заводе по сжиганию бытовых отходов наряду с обезвреживанием происходит максимальное уменьшение их объема. Однако необходимо учитывать, что сами мусоросжигающие заводы могут загрязнять окружающую среду, поэтому при их проектировании обязательно предусматривается очистка выбросов. Производительность таких заводов по сжигаемым отходам приблизительно 720 т/с. при круглогодичном и круглосуточном режимах работы.

Понравилась статья? Поделитесь ей

Распечатать статью