загрузка...
 
Почвы и грунты
Повернутись до змісту

Почвы и грунты

Эдафические условия определяются свойствами субстрата, на котором произрастают растения. Субстрат может быть лишь незначительно затронут процессами почвообразования (скалы, подвижные пески), или же в результате действия физического выветривания и живых организмов поверхностный слой горной породы может превратиться в почву.

Почвы играют для растений крайне важное значение. Во-первых, в большинстве случаев почвы являются тем субстратом, в котором происходит механическое закрепление растений. Во-вторых, именно почвы обеспечивают водоснабжение и минеральное питание растений. В-третьих, через почвы осуществляются многие типы взаимодействий растений друг с другом, а также с другими организмами (почвенными микроорганизмами, грибами, животными). Почвы характеризуются рядом физико-химических характеристик, имеющих существенное значение для роста и развития растений, а также для формирования того или иного типа растительного сообщества.

Воздушный режим почв определяет обеспеченность корней растений кислородом, необходимым для дыхания. Он зависит от механического состава почв: чем большие размеры имеют частицы субстрата, тем большая воздухопроницаемость. К примеру, высокая воздухопроницаемость характерна для песчаных грунтов, а для глинистых — значительно более низкая.

Водный режим грунтов определяет запасы доступной для растения почвенной влаги. Всю воду, находящуюся в почве, можно разделить на две категории: доступная для растений капиллярная влага и недоступная физически и химически связанная влага. Но даже если в почве имеется влага в достаточном или избыточном количестве, она не всегда может быть доступна для растений. В этом случае говорят о так называемой физиологической сухости почвы. Вызывать это явление могут несколько абиотических факторов. Так, физиологически сухими являются богатые влагой, но имеющие очень низкую температуру почвы тундр. На верховых болотах с обильным сфагновым покровом вода оказывается недоступной для многих видов из-за ее низкой температуры, высокой кислотности, слабой аэрации и наличия токсических веществ. Все это в совокупности нарушает функционирование корневой системы растений. Физиологически сухими являются также и засоленные почвы, в которых влага благодаря высокому осмотическому давлению почвенного раствора не может быть использована растениями. Физиологически сухие местообитания экстремальны, и поэтому произрастающие в них растения должны быть приспособлены либо к повышенному содержанию в почве легкорастворимых солей, либо к очень низкой температуре почвы.

Кислотность почвы, так же как и ее физические особенности, сильно влияет на рост и развитие растений. Кислотность почвы выражается отрицательным логарифмом концентрации водородных ионов рН. При рН почвы в диапазоне 2,4—6,7 она считается кислой, 6,7—7,0 — нейтральной, выше 7,0 — щелочной. Большинство почв Беларуси являются кислыми.

Кислотность грунтов может быть вызвана многими причинами: химическим составом материнских пород, выделений растений и растительных остатков, степенью аэрации и др. Так, кислые грунты формируются в условиях чрезмерного увлажнения. На гранитах, гнейсах, андезитах также формируются кислые почвы, тогда как на лессах, мелах, мергелях — нейтральные или щелочные. Почвы под еловыми лесами, по сравнению с широколиственными, будут иметь более кислую реакцию, так как продукты разложения растительных остатков хвойных пород (хвоя, древесина) имеют более кислую реакцию.

По отношению к кислотности почвы как к экологическому фактору выделяются следующие группы растений (Вгаип-В1ап- дие!, 1951):

ацидофилы — растения, предпочитающие кислые почвы (рН 2,4—6,7). В пределах этой группы выделяются экологические подгруппы с более узкими значениями, которые точнее характеризуют природные условия: крайние ацидофилы (рН 2,4—5,0), умеренные ацидофилы (рН 5,0—6,2) и слабые ацидофилы (рН 6,2—6,7);

 нейтрофилы — растения нейтральных почв (pH 6,7—7,0). Это чина луговая (Lathyrus pratensis), тимофеевка луговая (Phleum pratense), ежа сборная (Dactylis glomerata) и др.;

базифилы — растения щелочных почв (pH 7,0 и выше). Их можно разделить на слабые базифилы (рН 7,0—8,0) и выраженные базифилы (рН 8,0—14,0, как правило, это растения, произрастающие на мелах и имеющие довольно узкое распространение);

индифферентные виды не имеют определенной приуроченности к тому или иному значению рН почвы и встречаются в очень широких пределах рН — начиная от щелочных и кончая сильнокислыми. Типичными представителями этой группы являются ландыш майский (Convallaria majalis), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), дуб черешчатый (Quercus robur) и др.

Валовое содержание питательных веществ (богатство почвы) определяет плодородие почвы и, следовательно, уровень обеспечения растений питательными веществами. Отсутствие или недостаток того или иного элемента питания (азота, калия, фосфора, кальция, железа, магния, других макро- и микроэлементов) приводит к нарушениям метаболизма растений. К примеру, при недостатке магния, являющегося структурным компонентом хлорофилла, последний разрушается, что приводит к нарушениям процессов фотосинтеза.

По отношению к богатству почвы как к экологическому фактору выделяются следующие группы растений:

эвтрофы — растения, нормально развивающиеся только на почвах, богатых питательными веществами. Индикаторами богатства грунта могут служить крапива двудомная (Urtica dioi- ca), чистотел большой (Chelidonium majus), липа (Tilia cordata), ясень (Fraxinus excelsior) и т. д. К этой группе относятся также нитрофилы — растения, нуждающиеся в повышенном содержании в почве азота. Они поселяются на свалках у жилья человека, около животноводческих ферм, на перегное в широколиственных лесах и др. Типичными нитрофилами являются многие виды лебеды (Atriplex), мари (Chenopodium), бузина красная (Sam- bucus racemosa), хмель (Humulus lupulus) и др.;

мезотрофы — растения, обитающие на почвах с умеренным содержанием элементов минерального питания. К мезот- рофам относятся многие культурные растения: морковь (Dau- cus sativus), яблоня (Malus domestica), картофель (Solanum tu- berosum) и др., а также большая часть дикорастущих видов растений;

олиготрофы — растения, мало требовательные к плодородию почвы и поэтому могущие произрастать на грунтах с минимальным содержанием доступного азота и зольных элементов. К олиготрофам относятся растения экстремальных местообитаний — верховых болот, песков, скал. Во флоре Беларуси типичными олиготрофами являются многие виды сфагновых мхов, овсяниц, булавоносец седой (Corynephorus canescens), вереск (Cal- luna vulgaris), вейник наземный (Calamagrostis epigeios), сосна (Pinus sylvestris) и др.

Содержание солей в почве. Процессы засоления почв могут идти в различных природно-климатических условиях при преобладании в почве восходящего тока воды, несущего с собой легкорастворимые соли, над нисходящим током. Благодаря этому перемещение солей из верхних горизонтов в нижние становится невозможным, и легкорастворимые соли постепенно накапливаются в верхних горизонтах грунта. Эти процессы характерны для сухих областей земного шара, где испарение резко превышает количество выпадающих осадков, а также по берегам океанов и морей.

Растения, приспособленные к высокому содержанию солей в почве, носят название галофитов. Они характеризуются высоким осмотическим давлением клеточного сока (у некоторых видов до 100 атм. и выше), что дает им возможность извлекать воду из концентрированного солевого раствора почвы. Большинство галофитов либо имеет суккулентное, либо ксероморфное строение. Растения незасоленных почв называются гликофитами.

Среди легкорастворимых солей, участвующих в засолении грунта в аридных областях, наиболее обычны соли натрия (NaCl, Na2SO4, NaHC?3 и Na2CO3), хлориды и сульфаты кальция и магния. Значительно реже встречаются соли калия и азотнокислые соли. На морских и океанических побережьях основным фактором засоления является хлорид натрия, количество которого в различных географических зонах может варьировать в широких пределах. Так, к примеру, на берегу Балтийского моря почвы могут иметь концентрацию хлористого натрия не выше, чем в питательном растворе Кноппа, на побережье Северного моря — до 6 %, а у берегов океана в экваториальной зоне при интенсивном испарении воды во время приливов — до 12 %.

Засоленные почвы делятся на два типа: солончаки и солонцы. Солончаки характеризуются высоким содержанием легкорастворимых солей у самой поверхности. На солончаках произрастают преимущественно типичные галофиты. В отличие от солончаков солонцы содержат легкорастворимые соли на некоторой глубине (20—50 см и глубже), верхние же горизонты их промыты атмосферными осадками и почти лишены легкорастворимых солей. На солончаках произрастают главным образом расте- ния-ксерофилы, приспособленные к существованию на сухих почвах. Типичные же галофиты на солонцах встречаются довольно редко.

От механического состава субстрата, на котором растут растения, в значительной степени зависят его воздушный, водный, температурный режимы и др. Так, песчаные почвы воздухо- и водопроницаемы, легко прогреваются и также легко остывают. Это приводит к тому, что органика в таких почвах быстро минерализуется, и питательные вещества вместе с нисходящим током воды вымываются в нижние горизонты почвы. Глинистые почвы, наоборот, обладают сильной водоудерживающей способностью, их температурный режим более стабилен, восходящий и нисходящий ток более или менее уравновешен и основная масса питательных веществ сохраняется в верхних слоях почвы. Как мы видим, механический состав субстрата играет для растений чаще всего опосредованную роль. Однако существуют субстраты, где механический состав является основным лимитирующим фактором для растений: открытые пески и скалы.

Псаммофиты (растения подвижных песков) обладают целым рядом приспособлений, обеспечивающих им возможность произрастания на подвижных субстратах, имеющих рыхлую структуру. Они способны образовывать придаточные корни на засыпанных песком стеблях и придаточные почки на корнях, оказавшихся на поверхности в связи с выдуванием песка. У некоторых кустарников побеги способны очень быстро расти и ускользать от заноса песком. Многие виды имеют длинные быстрорастущие корневища, что позволяет им быстро расселяться и закреплять песок. Корни псаммофитов имеют многочисленные корневые волоски и одеты чехликами из частиц песка, надежно защищающими их от высыхания. Листья псаммофитов узкие, жесткие, а у многих видов полностью отсутствуют, что облегчает сопротивление ветру, нередко несущему тучи песка. Тем не менее многие псаммофиты очень сильно транспирируют, что позволяет им уменьшать нагрев зеленых фотосинтезирующих частей. Воду при этом они получают за счет сильно развитой корневой системы. Плоды и семена псаммофитов имеют различные придатки, которые обеспечивают их распространение, быстрое заглубление в грунт, прорастание и укоренение молодых проростков.

Литофиты (петрофиты) — растения, приспособленные к жизни на камнях, скалах или в их трещинах. Обычно на камне сначала поселяются бактерии и водоросли, затем накипные лишайники, потом листоватые лишайники и мхи, и наконец, высшие растения. Литофиты могут поселяться на поверхности камня, не разрушая его (эпилиты), способны разрушать горные породы химическими выделениями (особенно кислотами) своих ризоидов или корней (литофагофиты), или же поселяться на детрите и первичной почве в углублениях и трещинах скал (хаз- мофиты). В любом случае эти растения имеют ряд общих приспособлений, которые им позволяют расти в подобных экстремальных условиях. Так, подавляющее большинство литофитов — суккуленты (камнеломки), эуксерофиты (эдельвейсы, овсяницы, колокольчики и др.) или пойкилоксерофиты (большинство видов лишайников и мхов), зачастую способные впитывать воду всей поверхностью своего тела. Практически все литофиты являются олиготрофами, причем многие растения способны получать минеральные вещества прямо из камня, растворяя материнскую породу выделениями своих корневых волосков или ризоидов. Литофиты играют в природе очень важную роль, так как они являются пионерами, способствующими разрушению горных пород, их отмершие остатки создают основу для формирования гумуса и образования полноценной почвы.

Все вышеперечисленное очень важно для понимания взаимоотношений между растениями и почвенной средой. Выше кратко рассмотрено, как почвы влияют на рост, развитие растений и их распределение на поверхности планеты. Но не следует забывать и о том, что растения тоже влияют на почвы. Растительные остатки, перегнивая, формируют основу гумуса — бесструктурную органическую составляющую почвы. Возникновению структуры почвы во многом способствуют корни растений. Пронизывая толщу субстрата, они оказывают механическое давление и уплотняют его, то есть сеть корней в определенной мере способствует обособлению структурных частиц почвы. Постоянное потребление воды растениями приводит к изменению водного режима почвы, дыхание корней растений влияет на состав почвенного воздуха и, следовательно, на состав почвенного раствора. Минеральное питание растений является обменным процессом: избирательно поглощая из почвы те или иные минеральные вещества в виде ионов, растение выделяет в почву эквивалентное количество других ионов (чаще всего Н+ и НСО3-). Кроме того, корни растений выделяют в почву большое количество органических веществ. Все это приводит к тому, что растения в процессе жизнедеятельности в той или иной степени меняют химический состав почвы. Поглощенные растениями минеральные вещества вместе с опадом (отмершие ветви, листья, плоды и др.) попадают на поверхность почвы или в самые верхние ее слои в составе сложных органических соединений, где они разрушаются сапротрофными организмами. Это приводит к перераспределению минеральных веществ в почве, то есть обогащению верхних слоев за счет более глубоких.

Как мы видим, почва с поселением на ней растений изменяется при активном воздействии последних. Причем различные виды растений и, следовательно, различные растительные сообщества в различной степени изменяют почвы. Это приводит к тому, что под разными растительными сообществами формируются почвы, различающиеся своим составом и структурой. Так, в условиях Беларуси в лесных сообществах без избыточного увлажнения формируются, как правило, подзолистые почвы. В то же время в аналогичных условиях на лугах формируются дерново-подзолистые почвы.



загрузка...