Биология. 10 класс
§ 12. Почвенная среда жизни. Адаптации организмов к жизни в почве
Общая характеристика почвы как среды жизни
Почва — верхний слой земной коры, обладающий плодородием. Она образовалась в результате взаимодействия климатических и биологических факторов с подстилающей породой (песок, глина). Она является источником минерального питания для растений. В то же время почва — среда жизни для многих видов организмов. Это самая молодая среда жизни на Земле. С момента возникновения она играет важную роль в эволюции органического мира. Для нее характерны следующие свойства: высокая плотность, водный и температурный режим, аэрация (обеспечение воздухом), кислотность (рН), засоленность.
Плотность почвы увеличивается с глубиной и зависит от структуры, которая определяется относительным содержанием в почве песка и глины. Наиболее благоприятна для роста растений почва, содержащая песок и глину примерно в равных количествах. По механическому составу наиболее распространенными являются глинистые (тяжелые), суглинистые и песчаные (легкие) почвы, которые существенно различаются по водному и температурному режиму.
Водный и температурный режим почвы тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. Почвенную влагу по степени доступности разделяют на три вида: свободную (гравитационную), капиллярную, пленочную (гигроскопическую).
Свободная вода подвижная, заполняет широкие промежутки между частицами почвы, но не удерживается в ней. Она способна просачиваться вниз под действием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод. Организмы ее легко усваивают. Капиллярная вода удерживается в узких почвенных каналах силами поверхностного натяжения. Она может подниматься к поверхности по порам от грунтовых вод, легко испаряться, свободно поглощаться растениями. Пленочная вода в почве удерживается за счет водородных связей с почвенными частицами и практически недоступна для растений. В глинистых почвах ее содержание достигает 15 %, в песчаных — 5 %. По мере накопления пленочной воды она переходит в капиллярную.
Температурные колебания в почве сглажены по сравнению с приземным воздухом и на глубине 1—1,5 м уже не прослеживаются. Хорошо увлажненные почвы медленно прогреваются и медленно остывают и наоборот. Это обусловлено высокой теплоемкостью воды. Гидротермический режим почвы зависит от структуры почвы и содержания гумуса (органического вещества). Глинистые почвы хорошо удерживают влагу, поэтому хуже прогреваются, но дольше сохраняют тепло, чем песчаные. Темный цвет гумуса способствует лучшему прогреванию почвы, а его высокая влагоемкость — удержанию воды почвой.
Почвенный воздух, также как и почвенная вода, находится в порах между частицами почвы. Все поры, свободные от влаги, заполнены воздухом. Так происходит аэрация (обеспечение воздухом) почвы. Пористость почвы возрастает от глин к суглинкам и пескам. На легких (песчаных) почвах аэрация лучше, чем на тяжелых (глинистых). Между почвой и атмосферой происходит свободный газообмен, в результате чего газовый состав обеих сред имеет сходные параметры. Однако в воздухе почвы из-за дыхания населяющих ее организмов содержится меньше кислорода и больше углекислого газа, чем в атмосферном воздухе. Аэрация почвы зависит от ее влажности и температуры. Повышение влажности и температуры почвы ухудшает ее аэрацию и наоборот. С глубиной в почве увеличивается содержание углекислого газа. Указанные факторы являются одними из причин вертикальной миграции организмов в почве.
Кислотность почвы (рН) выражается через рН почвенного раствора (жидкой фазы почвы) — отрицательный логарифм концентрации водородных ионов.
При рН, равном 7, реакция почвенного раствора является нейтральной, если его значение ниже 7, то почва кислая, если выше 7, то щелочная. Таким образом, чем ниже значение рН, тем выше кислотность почвы.
Растения более чувствительны к рН почвы, чем животные. Для каждого вида растений существует оптимальное значение кислотности почвы, при котором они развиваются наилучшим образом, поэтому pH является одним из наиболее важных показателей качества плодородия. При несоответствии кислотности почвы потребностям растений у них нарушается нормальный процесс питания и некоторые полезные вещества и соединения не усваиваются или усваиваются крайне плохо, в результате чего замедляется рост растений.
*Засоленность почвы характеризуется содержанием в ней легкорастворимых солей в токсичных для растений количествах (> 0,25 %). Примерно четвертая часть поверхности суши имеет засоленные почвы. Много засоленных земель в пустынях, полупустынях, в степях, а также на морских и океанических побережьях.
Засоленные почвы различаются по глубине залегания солевого горизонта, химическому составу засоления и степени засоления. По первому признаку почвы делятся на солонцы — соли расположены в глубоких слоях почвы (80—150 см) и солончаки — содержащие большое количество водорастворимых солей у самой поверхности (до 30 см) и в профиле (30—80 см). По химическому составу солей почвы классифицируются исходя из преобладающих анионов (например, хлоридные, сульфатные).
Причины засоления разные. В засушливых местах, где выпадает мало осадков, соли остаются в верхних слоях почвы, так как слабо вымываются дождевой водой. Почвы морских побережий во время прилива пропитывает соленая морская вода. Соленые брызги прибоя, постоянно оседая на прибрежной полосе, тоже засоляют почву. Причиной засоления может быть и неправильный режим орошения пахотных земель в зоне засушливого климата.
Источник
Адаптация растений к эдафическим (почвенным) факторам
Многие виды растений в процессе эволюции выработали специфические приспособления к широкому спектру почвенных факторов, определяющих тепловой, воздушный и водный режим почвы, ее гранулометрический и химический состав. Эдафические условия произрастания культивируемых растений обусловлены также орографическими (рельеф и микрорельеф), биотическими и антропогенными факторами.
Вопросы эдафической адаптации растений имеют важное значение с точки зрения эффективного использования почвенно-климатических условий, характерных для каждой зоны. Большинство исследователей подчеркивают первостепенную роль корневой системы в адаптации растений к эдафическим факторам.
Решающее влияние на формирование величины и качества урожая оказывают физико-химические и другие свойства почвы. При этом особенно важную роль играет химический состав почвы, из которой в течение биологических циклов растения поглощают около 60 элементов.
Характер эдафической адаптации разных видов растений весьма специфичен. Более того, специфична и адаптация растений к каждому из почвенных компонентов в отдельности. Разная степень развития морфоанатомических структур у растений находится в прямой причинной связи с гранулометрическим составом почвы, а среди растений имеются формы, приспособленные к росту на уплотненной или рыхлой почве. Так, рожь более приспособлена к легким почвам, чем пшеница. Широко известны экотипы костреца безостого, приспособленные к песчаным (легки) и болотным (тяжелым) почвам и соответственно различающиеся по длине корневища (длинные – у песчаных, короткие – у болотных).
Соотношение массы корневой и надземной систем растения в значительной мере зависит от условий внешней среды и обычно увеличивается при недостатке влаги и питательных веществ, а также низких уровнях температуры почвы и содержания в ней кислорода. В стрессовых условиях большую часть ассимилятов растения расходуют на формирование корней, а виды растений, типичные для неблагоприятных почвенно-климатических зон, характеризуются более высоким и менее вариабельным соотношением «корень – побег».
Способность поглощать, накапливать и использовать минеральные элементы у разных видов и сортов растений неодинаковы. У них также различается и потребность в питательных веществах. Они обладают селективной (избирательной) способностью поглощать различные элементы из почвы. Например, подсолнечник может погибнуть вследствие неспособности поглощать из почвы кальций при высоком соотношении магния и кальция в отличие от ржи, которая хорошо растет при разных соотношениях этих элементов. Наибольшей чувствительностью к недостатку марганца отличается овес, менее чувствительны пшеница и ячмень. Низкую устойчивость растений овса объясняют слабой его способностью поглощать марганец. Установлено также, что растения овса более чувствительны к хлорозу, обусловленному дефицитом ионов железа.
Различия между видами и сортами по их способности поглощать минеральные элементы и использовать их для формирования урожай имеют важное значене в условиях адаптивной интенсификации растениеводства. Так, биосинтез сухих веществ на единицу поглощенных элементов питания варьирует от 1,6 у люпина до 4,3 у клевера. Считается, что среди культивируемых видов растений кукуруза наиболее эффективно использует поглощенный азот и калий, хотя и многие другие культуры способны поглощать эти же элементы в значительно большем количестве. Сорта озимой пшеницы, поглощавшие азот с максимальной эффективностью, оказались наиболее высокоурожайными, хотя содержание белка в их зерне было самым низким. Многие виды растений поглощают столько питательных веществ, сколько необходимо для их роста.
В практическом плане важно учитывать, что для обеспечения оптимального роста растений необходим весь комплекс элементов питания. Азотные удобрения будут эффективны только на достаточном фоне фосфорно-калийного питания. Ни один важнейший элемент питания нельзя заменить другим элементом. Это обстоятельство является основополагающим в адаптивной системе применения удобрений при выращивании сельскохозяйственных культур.
Недостаток, как и избыток, химических элементов в почве нередко приводит к физиологическим заболеваниям (хлороз, некроз), а также к различным физиологическим нарушениям, приводящим к угнетению растений и морфофизиологическим изменениям (задержка роста, нарушение репродуктивных процессов, позднее созревание и т. д.).
Исключительно важное значение имеет устойчивость культивируемых растений к засолению почвы, или солеустойчивость, поскольку засоленные в той или иной степени почвы занимают около 30 % суши. Засоление связано с высокой концентрацией в почве хлоридов, сульфатов, карбонатов и может быть хлоридным, сульфатным, содовым, а также комбинированным. В зависимости от устойчивости к засолению выделяют две группы растений: галофиты (солевыносливые, выдерживающие высокие концентрации солей) и гликофиты (почти все культивируемые растения, с пониженной солеустойчивостью).
Вредное действие засоления субстрата на растения является следствием ионных и осмотических эффектов. В ряде случае засоление усугубляет недостаток или токсичность ионов элементов питания. При высоком уровне засоления повреждение растений может проявляться в таких симптомах, как ожог кончиков листьев, напоминающий стресс от засухи. К одной из главных причин повреждения растений в условиях засоления относится нарушение процессов обмена азотистых веществ (замедляется синтез белков, усиливается гидролиз запасных белков, в результате чего в растениях накапливаются вещества, оказывающие токсическое действие). Повреждающее действие засоления зависит от многих других факторов окружающей среды, оно обычно возрастает с повышением температуры, что обусловлено повышением интенсивности транспирации.
У большинства гликофитов солеустойчивость обеспечивается за счет избежания, то есть сокращения периода вегетации, предотвращения или уменьшения поглощения ионов солей благодаря низкой проницаемости протоплазмы клеток, выделения и вытеснения ионов солей, а также их разбавления. При этом у растений расширяется диапазон осмотического давления в клетках. На ранних этапах онтогенеза (прорастание-всходы-кущение), а также в период формирования репродуктивных органов растения обычно характеризуются наименьшей солеустойчивостью. Именно прорастающие семена и проростки весьма чувствительны к засолению.
Степень устойчивости к засолению у разных культур и даже сортов различная. Сильную и очень сильную степень засоления (0,6-1,0 % солей от сухой массы почвы) выдерживают такие солеустойчивые культуры, как сахарная свекла, пырей, кострец безостый, райграс, кормовая капуста, сорговые культуры. При средней степени засоления (0,4-0,6 % солей) могут произрастать ячмень, рожь, пшеница, хлопчатник, тимофеевка, ежа сборная, донник. И только слабую и незначительную степень засоления выдерживают такие несолестойкие культуры, как кукуруза и большая часть бобовых – фасоль, вика, горох, соя.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник