Почва и живые организмы

Особенности почвообразовательных процессов связаны не только с абиотическими (климат, водный режим, материнская порода), но и с биотическими (растения, животные, микроорганизмы) факторами.

Растения и почва

Жизнь фитоценоза напрямую связана с почвенными условиями. При этом и сами растения оказывают заметное и многообразное воздействие на ход почвообразовательных процессов. Химический состав, влажность, плотность и аэрация почвы в значительной мере связана с особенностями корней, которые разрыхляют и создают ее структурность, поглощают минеральные и выделяют некоторые органические вещества и, проникая вглубь почвы, активизируют выветривание материнской горной породы.

Характер и степень развития корневых систем тесно связаны с почвенными условиями. С ухудшением почвенных условий проникновение корней в глубину уменьшается, а горизонтальная протяженность — увеличивается. Так, на относительно плодородной дерновоподзолистой почве при отсутствии избыточного увлажнения сосущие корни обнаруживаются на глубине до 40—50 см, на менее плодородной сильноподзолистой почве с временным избыточным увлажнением — до 15 см, на бедной торфянисто-подзолисто-глеевой почве с постоянным избыточным увлажнением — всего до 4 см. На умеренно увлажненных песчаных или супесчаных почвах у сосны обыкновенной стержневой корень проникает на глубину до 3—4 м. Поверхностная корневая система образуется на тяжелых, а также на избыточно увлажненных и болотных почвах. Якорная корневая система характерна для растений, растущих на двучленных дренированных почвах с верхним супесчаным слоем не более 1 м.

Почвенные условия существенным образом сказываются не только на количестве, но и на качестве формирующейся органической массы, например, на технических свойствах древесины. Так, на плодородных почвах в зоне широколиственных лесов у сосны обыкновенной и ели европейской образуются широкие годичные кольца, но доля поздней древесины составляет не более 12—15%. В суровых условиях Севера древесина этих видов деревьев отличается более узкими кольцами и большим участием поздней древесины в их формировании. В таежной зоне в сравнительно благоприятных почвенно-грунтовых условиях (дренированные супеси и суглинки) у сосны обыкновенной образуются клеточные стенки толщиной 6—9 мкм, а доля поздней древесины достигает 40—50%. На сухих песчаных почвах и скалах величина этих показателей значительно снижается. Самые низкие технические свойства имеет древесина, формирующаяся в условиях избыточного застойного увлажнения.

Растительность определяет ход почвообразовательных процессов в основном через опад и подстилку. Лесные фитоценозы отличает огромное количество опада. Его ежегодная масса (надземный и подземный опад) в тайге составляет от 1 до 6 т/га. Опад является основным источником питания большинства беспозвоночных животных и микроорганизмов, обеспечивающих его минерализацию. Именно с опадом в почву возвращается почти все количество поглощенных корнями растений минеральных соединений.

Лесная подстилка формируется лесным опадом, не успевающим разложиться в течение вегетационного периода. Роль подстилки в жизни леса трудно переоценить. Она является главным поставщиком органического вещества — источника минеральных соединений, поступающих в почву. Подстилка оказывает влияние на газо-, водои теплообмен почвы с атмосферой, видовой состав и мощность растений нижних ярусов фитоценоза, благонадежность возобновления лесообразующих видов, а также на видовой состав и обилие почвенных животных и микроорганизмов (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Схема взаимодействия почв с компонентами лесного биогеоценоза [51].

Подстилка обладает определенным сложением и свойствами. В ней накапливается много соединений элементов в первую очередь необходимых растениям: азота, фосфора, калия, кальция, магния и др. При разложении органического вещества подстилки выделяется тепло. Этим объясняет расположение здесь значительной части мелких корней с сосущими волосками.

Минерализация органических веществ лесных подстилок сопровождается выделением газов, имеющих определенное значение в жизни растений (углекислоты, кислорода, аммиака). Скорость поступления этих газов в надземную часть фитоценоза зависит в основном от деструкционной деятельности и дыхания организмов, живущих в подстилке и почве, а также от интенсивности дыхания корней.

Углекислота в подстилке и почве способствует растворению минеральных соединений, а значит, и их миграции, т. е. ускоряет круговорот веществ в системе. Однако при возрастании концентрации углекислого газа до 10—12% он начинает тормозить рост растений, вызывая отмирание сосущих волосков. Случается это только на торфянистых почвах вследствие слабой диффузии углекислоты в атмосферу.

Разложение органического вещества подстилки обогащает почвы минеральными веществами. Однако промывной режим таежных подзолистых почв способствует их постоянному вымыванию в нижележащие почвенные горизонты. Поэтому корни многих видов деревьев располагаются в почве на значительной глубине. Например, на дренированных супесчаных почвах корни сосны проникают в минеральные горизонты на глубину более 3 м.

Характеристики лесных подстилок существенно различаются в связи с фитоценотическими, почвенными и климатическими условиями. Благоприятные условия местообитания активизируют деятельность сапротрофных организмов, в результате чего опад разлагается быстро и мощность подстилки не превышает 1—3 см. Минеральные вещества в таких условиях очень быстро вовлекаются в новые круговороты, обеспечивая высокую скорость биопродукционных процессов в фитоценозах. Такие древостой характеризуются хорошими условиями произрастания (I— 1а классы бонитета) и высокой продуктивностью (500—800 м³/га). Наоборот, мощная подстилка (10—30 см) свидетельствует о замедленном круговороте веществ, плохих условиях произрастания (V—Va классы бонитета) и низкой продуктивности древостоев (менее 50 м³/га). Запасы подстилки по типам леса приведены в подпараграфе 4.1.1. Круговорот органического вещества в почве представлен на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Круговорот веществ в лесной почве [59].

В таежной зоне недостаток тепла, зачастую высокая влажность и плохая аэрация почвы способствуют формированию толстой подстилки. Между тем в дождевых тропических лесах опад разлагается настолько быстро, что подстилка не успевает сформироваться.

Скорость разложения подстилки, а значит и поступления минеральных веществ в почву, во многом зависит от ее состава. Жесткая хвоя ели европейской и листья осины образуют плотную, плохо разлагающуюся подстилку. Скручивающаяся хвоя сосны обыкновенной формирует рыхлый, гораздо лучше минерализующийся слой. Очень быстро разлагается хвоя лиственницы сибирской, листья ольхи серой и березы пушистой.

В процессе разложения подстилки образуется гумус — сложный комплекс органоминеральных соединений, из которого на последних этапах разложения высвобождаются минеральные соли. Качество гумуса в лесах варьирует в зависимости от климатических и почвенных факторов. Различают мягкий и грубый гумус. Мягкий гумус характеризуется рыхлостью сложения, слабокислой или нейтральной реакцией, обилием микроорганизмов и почвенных животных. Для таежных почв характерен грубый гумус, имеющий плотное сложение и кислую реакцию. Он формируется при относительно низких температурах и избытке влаги, подавленной активности почвенной фауны и микроорганизмов. При разложении грубого гумуса образуются особые кислоты, которые, растворяя минеральные вещества, вымывают их в глубокие почвенные горизонты. В результате возникает так называемый подзолистый горизонт, очень бедный минеральными соединениями.

Мероприятия по улучшению почвенного плодородия и повышению продуктивности древостоев заключаются во внесении извести и минеральных удобрений, рыхлении подстилки, изменении состава древостоя и подлеска с помощью рубок ухода.