- ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ ЛЕКЦИЯ № 2,3 ТЕМА
- 2. Почва как экологический фактор 2.1. Общая характеристика почвенной среды
- 2.2. Механический состав почв
- Определение типа почвы по растениям, растущим на ней: Преобладание в растительном покрове влаголюбивых растений свидетельствует о близком залегании грунтовых вод.
- Почвы с высоким содержанием азота
- Истощенные почвы
- Переувлажненные и заболоченные почвы
- Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных валунов и заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) и коллоидными частицами (
- Важной характеристикой почвы является ее способность поглощать солнечное тепло.
- На способность почвы поглощать тепло влияет целый ряд факторов: структурный состав почвы
- Почва и ее роль в жизни микроорганизмов, животных и человека.
- ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ ЛЕКЦИЯ № 4,5
лекции по экологии почв. Лекция 1 тема
 Скачать 0.8 Mb.
|
|
ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ ЛЕКЦИЯ № 1 ТЕМА: Экология почв или экологическое почвоведение. История науки, основные периоды в ее развитии, современное состояние и направленность современных экологических исследований. До недавнего времени понятие экология почв в качестве самостоятельного научного раздела со своим объектом, предметом, методами, понятийным аппаратом, теоретическими положениями, законами, т. е. всеми атрибутами самостоятельной науки, не имело какого-либо распространения. Все проблемы и вопросы, относящиеся к экологии почв, были размыты в рамках разделов почвоведения - генезиса и географии почв. Более того, до сих пор некоторые ученые считают некорректным словосочетание экология почв, поскольку экология в классическом первоначальном смысле - это наука о взаимоотношениях организма со средой их обитания, и почва, по их мнению, выступает именно в роли последней. Экология почв как самостоятельная теоретическая наука в настоящее время находится в стадии становления, хотя истоки ее можно отнести к концу XIX - началу XX века. Уже в работах В. В. Докучаева прослеживается постановка тех проблем и вопросов, которые имеют непосредственное отношение к экологии почв. Прежде всего, введенное В. В. Докучаевым понятие естественно-исторического тела, каковым является почва, стало основным, базисным понятием широкого класса естественно-исторических (водстбиосферных) наук. "Являясь элементарным (далее неразложимым без потери качества), оно стало исходным моментом, всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее систем, тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук". В. В. Докучаев также в разное время подчеркивал, что необходимо овладевать почвой и управлять ею с целью чисто практической; что для этого надо, прежде всего, решить вопрос о закономерных соотношениях между характером и распределением почв и факторами почвообразования, причем следует иметь в виду всю единую, цельную и нераздельную природу, а не отрывочные ее части; что необходимо изучать соотношения, генетическую вековечную и закономерную связь, которая существует между мертвой и живой природой, между растениями, животными и минеральными царствами, а также человеком, причем ядром учения об этих соотношениях - между живой и мертвой природой, между человеком и остальным миром, как органическим, так и минеральным, должно быть почвоведение. Л. И. Прасолов был первым, кто ввел термин экология почв (используя его как синоним термина педоэкология) и предложил выделить экологию почв в самостоятельный раздел почвоведения наряду с генезисом и географией почв. Он рассматривал ее как учение об отношении почв к окружающим их условиям. Основным вопросом этого учения, считал он, должно быть выяснение причинной зависимости свойств почв. Предложенное Л. И. Прасоловым понятие экология почв и обоснование необходимости выделения экологии почв в самостоятельный раздел почвоведения не имели сначала отклика у почвоведов и ученых сопредельных наук, хотя отдельные вопросы, относящиеся к экологии почв, как ее понимал Л. И. Прасолов, рассматривались. В первой половине 60-х годов появилась первая специально посвященная этой проблеме монография В. Р. Волобуева "Экология почв" (1963), за которой затем последовали другие, развивающие разные аспекты экологии почв: "Система почв мира" (1973) и "Введение в энергетику почвообразования" (1974). В этих работах, как и в первой своей монографии "Почвы и климат" (1953), В. Р. Волобуев обосновывал самостоятельность экологии почв как учения о закономерных соотношениях между почвой и средой ее формирования или "как отрасли почвоведения, специально посвященной выявлению и характеристике закономерных соотношений между почвой и почвообразователями - горной породой, организмами, климатом и рельефом". "Несомненно, предметом экологии почв являются и те соотношения между почвой и средой, которые возникают при разного рода воздействиях на почву производстбиосферных) наук. "Являясь элементарным (далее неразложимым без потери качества), оно стало исходным моментом, всеобщей и универсальной основой изучения биосферы и ее систем, тем зародышем, из которого развились все другие понятия биосферных наук". Близки к идеям В. Р. Волобуева взгляды Э. Эвальда (1972), который считал, что экология почв должна рассматриваться как раздел, равноправный с учением о генезисе почв, основной задачей которого должна быть разработка моделей потоков вещества и энергии между современными почвами и их средой. Однако даже вышедшие фундаментальные работы В. Р. Волобуева и большое количество работ других исследователей, освещавших разные аспекты взаимоотношений почвы с окружающей средой, не привели к признанию экологии почв в качестве самостоятельного раздела почвоведения. И. А. Соколов (1993) рассматривает экологию почв как раздел почвоведения, занимающийся изучением закономерностей, действующих в системе почва - факторы. Как и В. Р. Волобуев, И. А. Соколов сделал очень много для развития этого направления, рассматривая его как самостоятельный раздел теоретического генетического почвоведения. Он показал, что термин экология почв правомочен, раздел экология почв равноправен с такими разделами почвоведения, как генезис и география почв, а объект и предмет этой области знаний специфичен. В отличие от учения о генезисе экология почв не занимается познанием механизмов формирования почвенных свойств. В отличие от географии почв она изучает распределение почв не в реальном географическом пространстве, а в абстрактном многомерном координатном пространстве, где в качестве координат может выступать любое сочетание факторов почвообразования или отдельных их характеристик. И. А. Соколов подчеркивал, что экология почв может рассматриваться как самостоятельный раздел, как связующее звено между учениями о генезисе и географии почв и писал: "Единство этих трех разделов и составляет ядро фундаментального почвоведения, на котором базируются все прикладные его ветви". Им сформулирован ряд законов распределения почв в частном реальном экологическом пространстве (экологическом пространстве, образованном частью существующих в настоящее время факторов или их характеристиками) для зрелых автономных почв, а также закономерностей, относящихся к некоторым более частным вопросам экологии почв, среди них законы: литогенной полирефлекторности климатических условий, климатической конвергенции почвообразования, экологической полисенсорности почв к изменению условий климата, закон сложной иерархии факторов и др. И. А. Соколовым (1993) впервые показано, что законы почвенно-экологических связей (т. е. связей среда - почва) могут быть различны (и даже противоположны) для разных педокосмов: гумидного - мира элювиальных выщелоченных, кислых ненасыщенных, ферри-сиалитных мезоморфных и гидроморфных почв и аридного - мира аккумулятивных, насыщенных, нейтрально-щелочных, карбонатных и (или) засоленных ксероморфных почв. Им также впервые обращено внимание на то, что увлажненность в большей степени обусловливает качественную направленность почвообразования в то время, как термический фактор ответствен за количественную его сторону, интенсивность почвообразовательных процессов. Таким образом, экология почв - это наиболее широкое понятие. Как ясно из приведенного обзора, предметом "экологии почв" во всех этапных работах выступают закономерности, действующие в системе почва - факторы, или закономерности соотношений между почвой и средой ее формирования. Это дает основания для изучения почвы только как "черного ящика", а закономерности ее внутренних превращений, ее функционирования оказываются за пределами интересов этого раздела науки. Почва, с одной стороны, является биокосным телом, или биокосной экологической системой, поскольку в ней биотические и абиотические компоненты связаны потоками вещества и энергии. В то же время почва как тело, в котором взаимодействуют организмы и абиотические компоненты, сама собой представляет в целом естественно-историческое тело природы. И как целостность (почвенное тело) она сама взаимодействует с окружающей абиотической (воздух, воды, пыль, горные породы, климат и т. д.) и биотической (той биотой, которая не составляет с почвой ее тело, например, растения) средой, обмениваясь в целом веществом, энергией и информацией с этой средой. То есть одним из главных вопросов экологии почв должно быть изучение не только внешнего обмена веществом и энергией почвы с окружающей средой, в том числе с факторами-почвообразователями, но и внутреннего единства, внутренних причинных связей ее как системы. Таким образом, экология почв должна изучать законы функционирования почв в биосфере. Экология почв, как и другие науки об экосистемах, должна заниматься вещественно-энергетическим обменом внутри почвы и с окружающей ее средой, выявлять общие закономерности этого обмена и устанавливать законы функционирования почв. Однако до сих пор в рамках экологии почв занимались только выяснением элементарных проявлений взаимодействия почв со средой, установлением простейших форм воздействия факторов среды на функционирование почв. Ни объект, ни предмет экологии почв как науки о функционировании системы биосферного типа до сих пор не определялись, а те определения, которые имеются, отвечают только одной стороне функционирования почвы как системы - ее внешним связям. Таким образом, с одной стороны, экологию почв рассматривают как раздел теоретического генетического почвоведения, равноправный с другими его разделами - генезисом почв и географией почв, составляющими теоретическую основу почвоведения, с другой, почва представляет собой природную экологическую систему, подчиняется общим законам функционирования природных систем любого иерархического уровня и, следовательно, экология почв должна быть разделом экологии. Вопрос о месте экологии почв в системе научных знаний еще не решен. Возникшую на стыке двух естественно-исторических наук - почвоведения и экологии - экологию почв тем не менее нельзя рассматривать просто как интеграцию двух наук, а следует понимать как особую специфическую науку со своими законами, методами, принципами и правилами, которая решает широкий круг проблем, связанных с функционированием биосферы (и ноосферы). Представляется, что экология почв является одним из самостоятельных учений биосферного класса наук. Примером встречного движения наук о биосфере и формирования не интегрированной, а новой синтетической науки является ряд законов экологии почв, сформулированных И. А. Соколовым (1993) в рамках этого учения как раздела генетического почвоведения. Предложенные законы, отражая реально существующие закономерности поведения почв в природе, являются одновременно законами экологии почв и в том случае, если она выступает как раздел почвоведения, и в том, если экология почв рассматривается как учение о функционировании почв в биосфере. Это позволяет рассматривать ее как самостоятельное учение в ряду биосферного класса наук, возникшее не в недрах одной из областей естественно-исторических наук - почвоведения или экологии, а в недрах учения о биосфере в целом. Таким образом, практически пока не существуют методы, которые позволили бы анализировать и оценивать одновременно сверхбольшие объемы информации о свойствах почв, факторах почвообразования и наборе их характеристик, необходимых для выведения закономерностей распределения типов почвообразования и почв в полном экологическом пространстве. Совершенствование имеющихся и разработка новых методов остаются до сих пор одними из самых актуальных проблем экологии почв. Таким образом, наука экология почв находится еще в стадии становления. Она, естественно, должна быть выделена в отдельный раздел биосферного класса наук. Объектом ее должна быть почва как экологическая система, а предметом - законы ее структурно-функциональной организации, закономерности и связи с окружающей ее средой, заключающиеся в обмене веществом и энергией. В целом она должна основываться на естественноисторическом подходе В. В. Докучаева, который предсказал необходимость развития таких аспектов роли почвы в биосфере и предвосхитил ее появление. ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ ЛЕКЦИЯ № 2,3 ТЕМА: Почва как экологический фактор в жизни растений. Свойства почв и их роль в жизни животных, человека и микроорганизмов. Почвы и наземные животные. Распространение живых организмов. 1. Введение Почва - основа природы суши. Можно до бесконечности поражаться самому факту, что наша планета Земля единственная из известных планет, которая имеет удивительную плодородную пленку - почву. Как произошла почва? На этот вопрос впервые ответил великий русский ученый-энциклопедист М. В. Ломоносов в 1763 году в своем знаменитом трактате «О слоях земли». Почва, писал он, не первозданная материя, а произошла она «от согнития животных и растительных тел долготою времени». В. В. Докучаев (1846--1903) в классических работах о почвах России впервые стал рассматривать почву как динамическую, а не инертную среду. Он доказал, что почва - не мертвый организм, а живой, населенный многочисленными организмами, она сложна по своему составу. Им было выявлено пять главных почвообразующих факторов, к которым относятся климат, материнская порода (геологическая основа), топография (рельеф), живые организмы и время. Почва - особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов (образуют почвенный профиль), возникающих в результате преобразований поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха и организмов; характеризуется плодородием. 2. Почва как экологический фактор 2.1. Общая характеристика почвенной среды Очень сложные химические, физические, физико-химические и биологические процессы протекают в поверхностном слое горных пород на пути их превращения в почву. Н. А. Качинский в своей книге «Почва, ее свойства и жизнь» (1975) дает следующее определение почвы: «Под почвой надо понимать все поверхностные слои горных пород, переработанные и измененные совместным воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительных и животных организмов, а на окультуренных территориях и деятельностью человека, способные давать урожай. Та минеральная порода, на которой почва образовалась и которая как бы родила почву, называется материнской породой». По Г. Добровольскому (1979), «почвой следует называть поверхностный слой земного шара, обладающий плодородием, характеризующийся органо-минеральным составом и особым, только ему присущим профильным типом строения. Почва возникла и развивается в результате совокупного воздействия на горные породы воды, воздуха, солнечной энергии, растительных и животных организмов. Свойства почвы отражают местные особенности природных условий». Таким образом, свойства почвы в своей совокупности создают определенный экологический режим ее, основными показателями которого служат гидротермические факторы и аэрация. В состав почвы входят четыре важных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50 -- 60% общего состава почвы), органическое вещество (до 10%), воздух (15 -- 25%) и вода (25 -- 35%). Минеральная основа(минеральный скелет) почвы - это неорганический компонент, образовавшийся из материнской породы в результате ее выветривания. Минеральные фрагменты, образующие вещество почвенного скелета, различны - от валунов и камней до песчаных крупинок и мельчайших частиц глины. Скелетный материал обычно произвольно разделяют на мелкий грунт (частицы менее 2 мм) и более крупные фрагменты. Частицы меньше 1 мкм в диаметре называют коллоидными. Механические и химические свойства почвы в основном определяются теми веществами, которые относятся к мелкому грунту. Структура почвыопределяется относительным содержанием в ней песка и глины. Идеальная почва должна содержать приблизительно равные количества глины и песка с частицами промежуточных размеров. В этом случае образуется пористая, крупитчатая структура, и почва называется суглинками. Они обладают достоинствами двух крайних типов почв и не имеют их недостатков. Средне- и мелкоструктурные почвы (глины, суглинки, алевриты) обычно более пригодны для роста растений благодаря содержанию в достаточном количестве питательных веществ и способности удерживать воду. В почве, как правило, выделяют три основных горизонта, различающиеся по морфологическим и химическим свойствам: 1. Верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт (А), в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз. 2. Горизонт вымывания, или иллювиальный (В), где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества. 3. Материнскую породу, или горизонт (С), материал которой преобразуется в почву. В пределах каждого горизонта выделяют более дробные слои, также сильно различающиеся по свойствам. Почва является средой и основным условием развития растений. В почве растения укореняются и из нее черпают все необходимые для жизнедеятельности питательные вещества и воду. Под понятием почва подразумевается самый верхний слой твердой земной коры, пригодный для обработки и выращивания растений, который в свою очередь состоит из достаточно тонких увлажняемого и гумусного слоев. Увлажняемый слой темного цвета, имеет незначительную толщину в несколько сантиметров, содержит наибольшее число почвенных организмов, в нем идет бурная биологическая деятельность. Гумусный слой толще; если его толщина достигает 30 см, можно говорить об очень плодородной почве, в нем обитают многочисленные живые организмы, перерабатывающие растительные и органические остатки на минеральные составляющие, в результате чего они растворяются грунтовыми водами и всасываются корнями растений. Ниже располагаются минеральный слой и материнские породы. 2.2. Механический состав почв Изменчивость в пространстве и во времени факторов почвообразования, а следовательно, и процессов происходивших в почве в прошлом и совершающихся в настоящем, обусловливает большое разнообразие их в природе. Структура почвы определяется относительным содержанием в ней песка и глины. Существует 11 основных классов почвы: Песок Супесь Песчанистый суглинок Песчанистый алеврит Пылеватый суглинок Песчанистый тяжелый суглинок Суглинок Тяжелый пылеватый суглинок Песчанистая глина Алевритистая глина Глина Каждому типу почв соответствуют определенные типы растительных сообществ. Так, сосновые боры, как правило, растут на легких песчаных почвах, а еловые леса предпочитают более тяжелые и богатые питательными веществами суглинистые почвы. Особую группу представляют растения, адаптированные к сыпучим подвижным пескам, - псаммофиты. Растения сыпучих песков во всех климатических зонах имеют общие особенности морфологии и биологии. Сыпучие пески встречаются и во влажном климате, например, песчаные дюны по берегам северных морей, пески обсыхающего речного ложа по берегам крупных рек и т. д. Здесь растут типичные псаммофиты, такие, как волоснец песчаный, овсяница песчаная, ива-шелюга. На увлажненных, преимущественно глинистых почвах обитают такие растения, как мать-и-мачеха, хвощ полевой, мята полевая и др. Растения, обитающие на камнях, скалах, каменистых осыпях, в жизни которых преобладающую роль играют физические свойства субстрата, относятся к литофитам. К этой группе принадлежат, прежде всего, первые после микроорганизмов поселенцы на скальных поверхностях и разрушающихся горных породах: автотрофные водоросли, накипные лишайники, плотно прирастающие к субстрату и окрашивающие скалы в разные цвета. Со временем на поверхности и особенно в трещинах камней накапливаются в виде слоя органические остатки, на которых поселяются мхи. Под моховым покровом образуется примитивный слой почвы, на который поселяются литофиты из высших растений. Их называют растениями щелей, или хасмофитами. Среди них виды рода камнеломка, кустарники и древесные породы (можжевельник, сосна и др.) Химический состав почвы По химическому составу минеральной компоненты почва состоит из песка и алеврита (формы кварца (кремнезёма) SiO 2 с добавками силикатов (Al 4 (SiO 4 ) 3 , Fe 4 (SiO 4 ) 3 , Fe 2 SiO 4 ) и глинистых минералов (кристаллические соединения силикатов и гидроксида алюминия)). Единая международная классификация почв пока ещё не разработана. Почвы одного типа обычно образуют широтные зоны, вытянутые вдоль областей с одинаковым увлажнением и среднегодовой температурой. В горах чётко прослеживается высотная зональность почв. Определение типа почвы по растениям, растущим на ней: Преобладание в растительном покрове влаголюбивых растений свидетельствует о близком залегании грунтовых вод. Почвы с высоким содержанием азота — крапива двудомная, осот, мята, крестовик обыкновенный. Почвы с низким содержанием азота — клевер полевой, лядвенец, ясколка, льнянка. Истощенные почвы — ромашка аптечная, пастушья сумка. Уплотненные почвы — Подорожник большой, лапчатка гусиная, лисохвост. Перегнойные почвы — звездчатка средняя, вероника полевая, яснотка пурпурная, одуванчик лекарственный, поповник Переувлажненные и заболоченные почвы — влаголюбивая растительность, осока, хвощ, пикульник, щучка, камыш. К физическим свойствам почвы относятся: - пористость ( зависит от величины и формы зерен) крупнозернистые почвы содержат мало пор, примерно до 25% на песке или гравии, а на черноземе пористость достигает 85%, на глинистой почве пористость составляет 40-45%. - капиллярность почвы. Способность почвы поднимать влагу. Капиллярность выше у мелкозернистых почв, а, значит высота поднятия грунтовых вод, скажем, у чернозема выше, чем на песчаной почве. Поэтому строительство благоприятнее на крупнозернистых почвах, меньше сырость . ниже грунтовые воды. - влагоемкость почвы - то есть способность почвы удерживать влагу: высокую влажность будет иметь чернозем, меньше подзолистая и еще меньше песчаная почва. Это имеет значение для создания оптимального по влажности микроклимата внутри зданий. Считается, что почвы с большой влагоемкостью являются нездоровыми. - гигроскопичность почвы - это способность притягиваь водяные пары из воздуха. Минмальной гигроскопичностью обладают крупнозернистые почвы, свободные от загрязнений. - почвенный воздух. Он заполняет поры меду частицами почвы, находясь в непосредственном контакте с атмосферным воздухом, отличается по составу от атмосферного. Если в атмосферном воздухе содержание кислорода достигает 21%, то в почвенном воздухе содержание кислорода занчительно меньше - 18-19%. В чистой почве содержится в основном кислорода и углекислый газ, в загрязненных почвах добавляется водород и метан. Чем больше кислорода в почвенном воздухе, тем лучше идут в почве процессы самоочищения. Например, в куче мусора, где нет доступа кислорода преобладают процессы гинения,а если отходы обезвреживются в незагрязненной почве ( то есть мало отходов, много чистой почвы) то процессы самоочищения идут до конца, заканчиваясь минерализацией и гумификацией то есть образованием гумуса. - почвенная влага - существует в химически связанном, в жидком и газообразном состоянии. Влага почвы оказывает влияние на микроклимат и на выживание микроорганизмов в почве. - химический состав почвы. В почве могут содержатся все химические элементы. Тело человека по качественному составу содержит те же макро и микроэлементы, что и почва, поскольку почва участвует в круговороте веществ в природе, а, значит почва влияет на состояние здоровья человека. Почвы состоят из частиц различного размера, начиная от крупных валунов и заканчивая мелким грунтом (частицы мельче 2 мм в диаметре) и коллоидными частицами (<� 1 мкм). Обычно частицы, составляющие почву, делят на глину (мельче 0,002 мм в диаметре), ил (0,002–0,02 мм), песок (0,02–2,0 мм) и гравий (больше 2 мм). Механическая структура почвы имеет очень важное значение для сельского хозяйства, определяет усилия, требуемые для обработки почвы, необходимое количество поливов и т. п. Хорошие почвы содержат примерно одинаковое количество песка и глины; они называются суглинками. Преобладание песка делает почву более рассыпчатой и лёгкой для обработки; с другой стороны, в ней хуже удерживается вода и питательные вещества. Глинистые почвы плохо дренируются, являются сырыми и клейкими, но зато содержат много питательных веществ и не выщелачиваются. Каменистость почвы (наличие крупных частиц) влияет на износ сельскохозяйственных орудий. По степени содержания гумуса (перегноя) почвы подразделяются на бедно или незначительно гумусные (1% гумуса и меньше), умеренно гумусные ( до 2% гумуса), среднегумусные (2-3%) и, наконец, гумусные, содержащие более 3% перегноя. Благоприятными для разведения любых сельскохозяйственных культур считаются почвы, содержащие не менее 3-5% гумуса. Чернозем — это тип почвы, встречающийся в луговой и степной зонах, характеризуется повышенным содержанием гумуса (до 15) и высоким уровнем природного плодородия. Из названия данного типа почвы следует характеристика его окраски, которой чернозем обязан гумусу. Важной характеристикой почвы является ее способность поглощать солнечное тепло. От этого зависит тепловой режим почвы в целом, что влияет на развитие растений, которое происходит в определенных условиях температурного режима. Изменения температурного режима почвы в сторону повышения или понижения могут отрицательно сказаться на прорастании семян и последующем развитии растений. На способность почвы поглощать тепло влияет целый ряд факторов: структурный состав почвы: чем больше в почве крупных частиц (песка), тем быстрее она нагревается и меньше тепла требует для достижения определенного температурного показателя; цвет почвы: темные почвы лучше аккумулируют тепло, так как темная поверхность быстрее нагревается, весной темные почвы быстрее оттаивают; уровень содержания влаги в почве: сухие почвы нагреваются значительно быстрее, чем влажные, степень прогревания почвы вглубь также выше; степень насыщенности почвы гумусом и другими органическими субстанциями: гумусные почвы прогреваются лучше и быстрее за счет темного цвета, рыхлой пористой структуры, обеспечивающей теплопроводность, и оптимального содержания влаги в составе почвы. Почва и ее роль в жизни микроорганизмов, животных и человека. Почва — это среда обитания множества организмов. Наименьшими из них являются бактерии, водоросли, грибки и одноклеточные организмы, обитающие в почвенных водах. В почвенном воздухе обитают беспозвоночные животные, такие как клещи, пауки, жуки, ногохвостки и дождевые черви. Они питаются остатками растений, грибницей и другими организмами. В почве обитают и позвоночные животные, одно из них — крот. Он очень хорошо приспособлен к обитанию в абсолютно тёмной почве, поэтому он глухой и практически слепой. Неоднородность почвы приводит к тому, что для организмов разных размеров она выступает как разная среда.
Большинство микроорганизмов, обитающих в почве, — сапрофаги, которые не приносят вреда животным организмам. Вместе с тем постоянно или временно в почве обитают патогенные, болезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных заболеваний. Некоторые из них (главным образом постоянные обитатели почвы) образуют спору — плотную оболочку, обеспечивающую им устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям внешней среды: высокой температуре, высыханию, давлению, отсутствию питательных веществ. Группу спорообразных бактерий принято называть клостридиями. В последние годы накопилось достаточно данных о том, что клостридии обладают способностью не только многие десятилетия сохраняться в почве в виде спор, но и размножаться в ней. К патогенным бактериям относятся возбудители таких опасных инфекционных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, столбняк, ботулизм. Заражение человека через загрязненную почву может наступить при самых различных обстоятельствах: непосредственно при обработке почвы, уборке урожая, строительных работах и т.п. К числу наиболее опасных болезней человека и животных относится сибирская язва. Возбудитель сибирской язвы — сибиреязвенная палочка, которая, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву, образует вокруг себя спору и в таком состоянии может сохраняться годами, особенно в каштановых и черноземных почвах. Животные, поедая корм, загрязненный этой палочкой, заражаются сибирской язвой. Человек заражается сибирской язвой, как правило, при контакте с больными или павшими животными, через продукты и сырье, полученные от больных животных (мясо, шерсть, шкура), а также при непосредственном соприкосновении с почвой. Опасность для человека представляет и столбнячная палочка, которая обнаруживается в почве разных географических районов. Заражение человека происходит через поврежденную кожу или слизистую при контакте с зараженной почвой. Спороносная палочка, возбудитель ботулизма — тяжелого пищевого отравления, обнаружена в среднем в 9% проб, взятых из почвы в районах Кавказа, Азовского и Каспийского морей, в Приморском крае, на Дальнем Востоке и в Санкт-Петербурге. Попадая на овощи, ягоды, фрукты, рыбу, грибы и другие продукты, при благоприятных анаэробных условиях она из споры превращается в вегетативную форму, продуцирующую токсин (яд). По силе своего действия на организм человека и животного этот токсин превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды. Ботулизм зарегистрирован, во многих странах мира — в США, Канаде, во Франции, Японии, России. Известные случаи заражения ботулизмом на территории нашей страны связаны с продуктами домашнего приготовления: рыбы соленой и вяленой, консервированных грибов, овощей и фруктов.Вместе с загрязненной почвой в поврежденные ткани человека могут проникнуть споры гангренозной палочки. Газовая гангрена протекает в виде быстро распространяющегося отека тканей и их омертвления. Вызывать ее могут несколько видов клостридии. Чаще в почве встречаются клостридии Перфрингенс типа А. Эти микробы, встречающиеся в каждом образце почвы, попадая в рану, продуцируют токсин, который и вызывает омертвление. Из числа временных микроорганизмов, обитающих в почве, большую группу составляют возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры), бруцеллеза, туляремии, чумы, коклюша. Они попадают в почву только при определенных условиях (с выделениями больных, с нечистотами и др.). Нельзя сказать, что почва является благоприятной средой для их обитания. В их гибели большую роль наряду с недостатком питательных веществ, не всегда оптимальными влажностью и температурой почвы играет антагонизм между различного рода почвенными микроорганизмами. Не находя подходящих условий, патогенные для человека и животных неспороносные бактерии погибают обычно относительно быстро. Однако некоторые из них, особенно в загрязненной почве, сохраняются продолжительное время: возбудители брюшного тифа, паратифов и холеры могут оставаться жизнеспособными до трех месяцев; бруцеллеза — до пяти месяцев, туляремии — до двух месяцев. Энтеровирусы — возбудители полиомиелита и некоторых кишечных заболеваний вирусного происхождения — сохраняются в почве до 170 дней. Актиномиценты, вызывающие поверхностные и глубокие микозы, а также микобактерии — возбудители туберкулеза, проказы и дифтерии — при попадании в почву также несут ощутимую угрозу: палочки туберкулеза остаются жизнеспособными до 15 месяцев, дифтерийные палочки — до двух-трех недель. Обычно заражение человека кишечными инфекциями происходит через загрязненные овощи. Однако не меньшую опасность представляет вторичное загрязнение подземных и поверхностных вод. Атмосферные осадки, проходя через загрязненную почву, переносят микрофлору (в том числе и возбудителей заразных болезней) из поверхностных слоев в нижележащие грунтовые воды, откуда возбудители болезней могут попасть в водоемы. Почва служит местом развития, а при определенных условиях и инфицирования мух. Обычно самка мухи откладывает яички в местах гнилостных отбросов и нечистот. Цикл развития до окрыленной мухи происходит в земле и сухих отбросах; в них же многие мухи сохраняются в зимний период — и взрослые, и в стадии личинок. Убедительно доказано, что мухи — активные распространители кишечных и других инфекций. Многие возбудители инфекционных заболеваний сохраняются в жизнеспособном состоянии на поверхности тела мухи до двух суток, а в кишечнике еще дольше. Гельминтозы. Велика роль почв в распространении гельминтозов — болезней, вызываемых внедрением в организм человека глистов-паразитов — гельминтов. Одна из стадий развития (дозревание яиц) гельминтов (аскарид, власоглав и др.) проходит в почве. Зрелые яйца могут попасть в организм человека через загрязненные руки, при употреблении загрязненных овощей и ягод, воды. Яйца таких гельминтов, как свиной и бычий цепни (солитеры), из почвы попадают в корм крупного рогатого скота, свиней. В кишечнике этих животных они превращаются в личинки, которые с током крови разносятся по всему телу и поселяются главным образом в мышечных тканях. Человек может заразиться, употребляя без достаточной термической обработки мясо больных коров и свиней. Микроэлементы. Определенное влияние на здоровье человека может оказать химический состав почвы. Впервые это отметил еще академик В.И. Вернадский. Теперь исследователи твердо установили, что многие микроэлементы влияют на рост и развитие растений, состояние и функции организма животных, в том числе и человека. Биохимические процессы, происходящие в земной коре, и процессы образования и обмена химических элементов в организме взаимосвязаны как отдельные этапы круговорота веществ в природе, как процессы взаимного обмена, обусловливающие жизнь. К достаточно изученным из 47 химических элементов, постоянно присутствующих в составе организмов, относятся медь, кобальт, цинк, марганец, йод, молибден, солен, фтор, стронций, бор, кадмий, ванадий. На них приходится от 0,4 до 0,6% живой массы. Микроэлементы — биогенные химические элементы, играющие роль катализаторов в развитии растений, особенно в процессе фотосинтеза и усвоения азота. Установлено, что при добавлении к кормам животных необходимых микроэлементов у них отмечается усиление роста. Отсутствие того или иного микроэлемента сопровождается специфическими признаками его недостаточности. В состав крови человека входят 24 элемента, женского молока — около 30 (в частности, медь, цинк, кобальт, кремний, мышьяк). При этом число биогенных элементов в различных средах человеческого организма нельзя считать окончательно установленным. Микроэлементы играют важную роль в работе желез внутренней секреции — щитовидной, поджелудочной, половых и др. Есть основания полагать, что микроэлементы оказывают существенное влияние на функцию эндокринных желез. Микроэлементы входят в состав многих химических комплексов организма, таких, как соединение металлов с белками, различные ферменты, дыхательные пигменты, гормоны и некоторые витамины. Они участвуют в промежуточных процессах обмена веществ. Микроэлементы поступают в организм человека с растительной и животной пищей, отчасти с водой по схеме: почва — растение — организм животного. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит от содержания их прежде всего в почве. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к недостатку или избытку их не только у травоядных, но и плотоядных животных, а также в организме человека. Это влечет за собой ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, в состав которых входят микроэлементы, нарушение процесса промежуточного обмена веществ, возникновение заболеваний. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, получили название эндемических (от греч. endemos — местный). Районы, в которых обнаруживаются отклонения в развитии растений и животных, а также регистрируются эндемические заболевания, связанные с местными геохимическими особенностями, называют биогеохимическими провинциями. Так, бедны йодом западные области Украины, кобальтом и медью — Ярославская область и т.п. Низкий уровень йода в почве ведет к низкому содержанию его в растениях и подземных водах, а следовательно, и в пищевом рационе населения. Недостаток йода может вызвать заболевания эндокринной системы, критинизм. Недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания является, как полагают, причиной некоторых эпидемических заболеваний. Низкое содержание кобальта в почве — причина возникновения дисфункции обменных процессов у рогатого скота и овец. Недостаток содержания в почве и питьевой воде фтора приводит к кариесу. При содержании фтора в питьевой воде выше 1,5 мг/л у человека и животных зубы поражаются «пятнистой эмалью». При этом заболевании нередко поражается и опорно-двигательный аппарат. ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ ЛЕКЦИЯ № 4,5 |