Биотическая компонента грунтов

Распространение, состав биоты грунтов

Научно-техническое сопровождение проектирования, строительства и реконструкции сооружений различного назначения должно включать в себя анализ специфики существующих загрязнений биотой подземного пространства, наличие или возможность микрои макробиологического поражения грунтов, влияние этих процессов на изменение несущей способности песчано-глинистых пород, определяющей устойчивость и безопасность функционирования исследуемых объектов.

Биота (микробиота) - вся совокупность организмов (микроорганизмов), совместно населяющая материал (среду) независимо от функциональных связей между ними. К биотической составляющей грунтов относятся различные организмы, для которых грунты служат временной или постоянной средой обитания. Область существования живых организмов в пределах литосферы называется литобиосферой, которая является частью биосферы. Верхняя граница литобиосферы — это дневная поверхность земли, а нижняя определяется глубиной проникновения жизни в горные породы. Бактерии, окисляющие углеводороды и образующие горючие газы (СН₄, 1Ь, FbS), прослеживались в разрезе Северного Устюрта до глубины 1100 м, а в водах Северного Кавказа — ниже 2000 м. Микроорганизмы могут существовать в грунтах при самых разнообразных условиях: одни — при температуре минус 7°, другие — в кипящих источниках [50].

Размеры почвенных животных также варьируют широко. По размеру особей представителей почвенной фауны деляг на группы (но Башeльe. 1963) [60]:

• • микрофауна — менее 0,2 мм — простейшие, нематоды, ризоподы, эхинококки, обитающие во влажной среде внутри агрегатов;
• • мезофауна — от 0.2 до 4 мм — микроартроподы, мельчайшие насекомые, некоторые мириаподы и черви, обитающие во внутриагрегатных и межагрегатных влажных порах; макрофауна — от 4 до 80 мм — земляные черви, моллюски, мириаподы, насекомые (муравьи, термиты и др.);
• • мегафауна — животные размером более 80 мм — крупные насекомые, крабы, скорпионы, кроты, змеи, черепахи, мелкие и крупные грызуны, лисы, барсуки и другие животные, роющие в почвах норы.

В грунтоведении биоту условно делят на макроорганизмы и микроорганизмы.

К микроорганизмам * существующим в грунтах, относятся различные (главным образом высшие) растения, грибы и многоклеточные животные. Все животные, обнаруживаемые в почвах, делятся на три группы:

• • геобионты — постоянные обитатели почв (дождевые черви, многоножки, ногохвостки);
• • геофилы — живущие в почве лишь на протяжении части жизненного цикла (личинки хрущей и щелкунов);
• • геоксены — временно укрывающиеся в почве (некоторые насекомые).
• • По типам питания почвенные животные делятся на следующие группы:
• • фитофаги — питаются тканями корней живых растений (личинки майского хруща подгрызают корни сосны, свекловичная нематода внедряется в корни сахарной свеклы и др.);
• • зоофаги — питаются другими животными (все насекомоядные животные; нематоды, поедающие простейших и коловраток; хищные клещи, питающиеся нематодами, ногохвостками, энхитреидами);
• • некрофаги — используют в пищу трупы животных (муравьи-бегунки в пустынях Средней Азии поедают остатки насекомых);
• • сапрофаги — перерабатывают мертвые остатки растений, опал (черви, многоножки. мокрицы, некоторые клеши и личинки насекомых).

В большинстве случаев представители названных фупп сосредоточены в гумусовых горизонтах почв, причем чем больше гумуса, тем разнообразнее и обильнее фауна.

Животные играют большую роль в перераспределении нс только растительных остатков, но и минеральных солей. По данным И. П. Бабьевой и Г. М Зеновой (1983), суслик выносит до 1,5 т/га почвы, а его нора проникает до глубины 2 м; пустынные мокрицы поселяются колониями до 800 тыс. особей на 1 га и в течение лета выносят на поверхность 0,5 т/га почвы и 1 т экскрементов, тем самым увеличивая пористость почв [50].

Микроорганизмы составляют наиболее примитивные и древнейшие живые существа на Земле. К микроорганизмам относятся доядерные организмы (прокариоты) и ядерные организмы (эукариоты). В грунтах выделяются следующие группы микроорганизмов: грибы, водоросли, актиномицеты, микобактерии, бактерии, риккетсии и вирусы. Несколько групп почвенных микроорганизмов выделяются при полевых исследованиях без помощи микроскопа. К ним относятся плесневые грибы, белый мицелий которых хорошо различается в лесной подстилке или в гумусовом горизонте; микоризные грибы на корнях некоторых деревьев; клубеньковые бактерии на корнях бобовых и на корнях черной ольхи, а также водоросли, дающие сплошную черную в сухом состоянии и зеленеющую при увлажнении корку на поверхности и по трещинам некоторых почв в засушливых областях. Каждый тип почв, каждый генетический горизонт имеет специфический состав микрофлоры и особую плотность микробных популяций. В среднем в 1 г почвы содержится 108−109 особей бактерий, 103−106 клеток низших грибов и актиномицетов. 103−104 клеток низших водорослей, 102−103 клеток простейших.

Все микроорганизмы делятся на гетеротрофные и автотрофные. Развитие автотрофных микроорганизмов происходит за счет световой энергии или энергии окисления ряда неорганических соединений (водорода, серы, аммиака, железа и др.). Гетеротрофные микроорганизмы используют для своей жизнедеятельности различные органические вещества, их отдельные представители, очень разнообразные по своим свойствам, могут развиваться как при наличии, так и при отсутствии кислорода. Многие гетеротрофные микроорганизмы, обитающие в грунтах, способны развиваться в очень бедных питательными элементами растворах (концентрация органических веществ в растворе может быть не более 5 мг/л); это — олиготрофные микроорганизмы, обычно располагающиеся на поверхности минеральных части и получающие питание из омывающих их растворов.

Хорошо известно значение микроорганизмов в поддержании на определенном уровне в грунтах содержания различных форм (твердых, газообразных, органических и неорганических, легкои трудно растворимых) биофильных элементов (N, С, Н, Р, О, S) за счет взаимосвязанных циклических превращений. Процессы азотфиксации, нитрификации, денитрификации в цикле азота; синтез и минерализация сложных полимерных соединений углерода; образование и поглощение водорода; растворение и концентрирование соединений фосфора; связывание и выделение кислорода; окисление сульфидов, тиосульфата, элементарной серы и сульфатредукция в цикле серы — все эти процессы осуществляются микроорганизмами либо при их участии. Имеется достаточно данных о микробиологической трансформации ещё 75 элементов [50].