Підручник з Біології і екології. 11 клас. Соболь - Нова програма

Усе, що виростає із землі, притягує собі із неї силу більшу, аніж з чого народилося.

Гіппократ

§ 12. ҐРУНТОВЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ

Основні поняття й ключові терміни: ҐРУНТОВЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ. Едафобіонти.

Пригадайте! Що таке абіотичні чинники?

Знайомтеся!

Василь Васильович Докучаєв (1846-1903) - видатний учений-природодослідник, автор першої у світі наукової класифікації ґрунтів, засновник ґрунтознавства. Вперше дав визначення ґрунту як верхнього родючого шару Землі, створеного сумісною взаємодією всіх компонентів природи. Довів, що ґрунт - не гірська порода, а цілком самостійне тіло природи.

ЗМІСТ

Які особливості ґрунтового середовища існування?

ҐРУНТОВЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ - це абіотично-біотичне середовище, умови існування якого визначаються верхнім родючим шаром суходолу. За В. І. Вернадським, який був учнем В. В. Докучаєва, ґрунт - це особливе біокосне тіло, що складається одночасно з біологічних (живих) і косних (неживих) тіл - мінералів, води, повітря, органічних решток. Екологічне значення ґрунтового середовища визначається фізичними (пористість, щільність, структурність, вологоємність, теплоємність), хімічними (хімічний склад, кислотність) та біологічними (ґрунтові мешканці та їхня життєдіяльність) властивостями ґрунтів.

Ґрунт як середовище існування характеризується такими особливостями: вода і повітря містяться в порожнинах між часточками ґрунту, склад ґрунтового повітря відрізняється від атмосферного, немає впливу світла, його вологість завжди вища, ніж повітря, характерна незначна амплітуда добових і річних коливань температур та ін.

Хімічний склад ґрунту подібний до складу літосфери. Проте порівняно з літосферою в ґрунті міститься в 20 разів більше Карбону (2,0 проти 0,1 %) і в 10 разів більше Нітрогену (0,1 проти 0,01 %). Нагромадження цих елементів у ґрунті пов'язане із життєдіяльністю організмів. У ґрунті концентруються елементи й речовин, що їх постачають відмерлі рештки живих організмів. Перетворення цих решток за участі бактерій, грибів, дощових черв'яків називається гуміфікацією, а органічна речовина, що містить гумусові кислоти, гумінові кислоти, гумін, - гумусом. Паралельно з цим процесом у ґрунті відбувається не менш важливий процес мінералізації, що полягає в аеробному розщепленні органічних решток з утворенням мінеральних речовин (біоелементів, мінеральних кислот, солей). Вміст деяких хімічних елементів у різних ґрунтах залежить від умов ґрунтоутворення і властивостей ґрунтів.

Температурний режим. З кожним сантиметром углиб ґрунту добові та сезонні температурні коливання стають все меншими і на глибині 1,0-1,5 м практично вже не простежуються. У ґрунті згладжено температурні коливання порівняно з атмосферним повітрям.

Вологість. Ґрунтові води й опади створюють запаси вологи в ґрунті та забезпечують режим вологості, проміжний між водним і наземним середовищами. Вологість ґрунту є одним із головних чинників його родючості. Вода в ґрунті перебуває в декількох формах (наприклад, у гравітаційній, гігроскопічній), але найбільше фізіологічне значення має капілярна вода. Вона заповнює усі дрібні пори, швидко переміщується під дією сил капілярного тиску, завдяки чому найкраще засвоюється рослинами.

Газовий склад ґрунтового повітря відрізняється від атмосферного меншим вмістом кисню (близько 11-20 %) і більшою концентрацією вуглекислого газу (близько 1 %, але може підвищуватися до 26 %). Це результат «ґрунтового дихання», або точніше, дихання усіх організмів ґрунту. З глибиною в ньому значно зменшується вміст кисню й зростає концентрація вуглекислого газу. Через наявність у ґрунті органічних речовин, що розкладаються, у ґрунтовому повітрі може бути високою концентрація таких газів, як амоніак, сірководень, метан.

Отже, ґрунтове середовище навіть за істотної неоднорідності екологічних умов є достатньо стабільним середовищем існування для організмів.

Яка роль едафобіонтів у ґрунтоутворенні?

Едафобіонти (від грец. едафон - ґрунт), або геобіонти, - мешканці ґрунтового середовища існування. Неоднорідність ґрунтів створює велике різноманіття умов існування та виокремлення різних екологічних груп, що класифікуються за розмірами, характером зв'язків із ґрунтом упродовж життя, вимогами до родючості, кислотності, вмістом деяких біоелементів та ін.

За екологічними особливостями усіх мешканців ґрунтового середовища можна поділити на мікро-, фіто-, міко- та зообіонтів.

Іл. 22. Актинобактерії є однією з найпоширеніших груп бактерій у ґрунті

Ґрунтовими мікробіонтами є бактерії (актинобактерії, міксобактерії, ціанобактерії, хемотрофні бактерії), археї, нижчі гриби, одноклітинні зелені й діатомові водорості, твариноподібні організми (ґрунтові амеби, інфузорії), а також мікроорганізми, які населяють тканини живих рослин (наприклад, бульбочкові бактерії) (іл. 22). Частка цих організмів досягає 90 % від загальної біомаси, і саме завдяки їм відбуваються основні процеси гуміфікації, мінералізації, азотофіксації, біологічного вивітрювання, біоакумуляції та біологічного кругообігу хімічних елементів.

Найпоширенішими групами мікобіонтів є цвілеві гриби, слизовики, мікоризні гриби, ліхенізовані гриби. Ці організми розкладають органічні рештки та утворюють органічні кислоти, що підвищують кислотність ґрунтів (цвілеві гриби), виділяють кислоти й руйнують мінерали (ліхенізовані гриби), сприяють життєдіяльності вищих рослин (мікоризні гриби).

Фітобіонтами є водорості та вищі рослини. Відмерлі рештки рослин, перетворені мікроорганізмами і тваринами, - це основне джерело органічних речовин для ґрунтоутворення. Окрім того, в процесі життєдіяльності рослини здійснюють біогенну міграцію хімічних елементів і речовин, акумулюють Нітроген у верхньому горизонті ґрунту, концентрують хімічні елементи в ґрунті.

Іл. 23. Різноманітність едафобіонтів: 1 - ківсяк сірий; 2 - красотіл пахучий; 3 - кріт європейський; 4 - ведмедка звичайна; 5 - кліщі, псевдоскорпіони, ногохвістки; 6 - мокриця звичайна; 7 - личинка ковалика (дротяник); 8 - цвілеві гриби; 9 - ґрунтові інфузорії й амеби; 10 - дощовий черв'як звичайний; 11 - личинка хруща травневого; 12 - ґрунтові нематоди

Група зообіонтів поєднує безхребетних й хребетних тварин (іл. 23). Головною функцією цих організмів у ґрунтоутворенні є споживання й розщеплення органічних речовин і перетворення енергії. Особливо важливу роль у ґрунтоутворенні відіграють дощові черв'яки. «Навряд чи знайдуться інші тварини, які грали б настільки велику роль в історії світу, як дощові черв'яки», - так оцінював значення цих тварин Ч. Дарвін. Дощові черв'яки утворюють густу мережу ходів, що поліпшує пористість ґрунту, аерацію, вологоємність. Їхні продукти життєдіяльності впливають на структуру ґрунту, знижують кислотність та збільшують вміст гумусу.

Залежно від розмірів та осередків життя ґрунтових зообіонтів поділяють на такі групи, як мікро-, мезо-, макро- та мегафауна. Мікрофауна - організми мікроскопічних розмірів (до 1 мм), для яких ґрунт є системою мікроводойм (твариноподібні організми). Мезофау на - організми дрібних розмірів (до 2-3 мм), які проживають у системі заповнених повітрям порожнин ґрунту. До цієї групи належать переважно нематоди й членистоногі (кліщі, ногохвістки, псевдоскорпіони, нематоди). Макрофауна - великі ґрунтові організми (із розмірами тіла 2-50 мм), для яких осередками життя є щільні шари землі. Це жужелиці, мокриці, багатоніжки, дощові черв'яки, ведмедки тощо.

Мегафауна - організми, які мають найбільші розміри серед усіх едафобіонтів (сліпаки, цокори, кроти, сумчасті кроти, голі землекопи). Вони прокладають у ґрунті цілі системи ходів і нір. Прикладами адаптацій цих тварин є розвинутий нюх і слабкий зір, компактне, валькувате тіло з короткою шиєю, коротке густе хутро, сильні копальні кінцівки з міцними кігтями та ін.

Отже, едафобіонтами є різні за розмірами ґрунтові бактерії, водорості, вищі рослини, гриби, твариноподібні організми та справжні тварини, які здійснюють три групи ґрунтових біологічних процесів: 1) глибоке перетворення органічного та частково мінерального складу ґрунту; 2) кругообіг хімічних елементів; 3) вплив на фізичні та хімічні властивості ґрунту.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота з ілюстрацією. Адаптованість едафобіонтів до середовища існування

Визначте та назвіть окремі морфологічні, фізіологічні та етологічні адаптації дощового черв'яка звичайного (Lumbricus terrestris) до середовища існування. Розпізнайте та вкажіть належність виду до певної екологічної групи.

Біологія + Екологія. Значення ґрунтів

Згідно з дослідженнями нідерландських науковців, які вивчали проблему деградації ґрунтів, додавання тонкого шару ґрунту зі здорових природних екосистем до деградованих ґрунтів штучних екосистем значно пришвидшує процес відновлення. Але ще більш дивним є той факт, що подібне «щеплення» може визначити напрям розвитку штучної екосистеми. На вашу думку, чому? Як ґрунти впливають на екосистеми та їх біотичний компонент?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Поезія. Запах землі

Звідкіля дощу з'явився запах

Такий густий і свіжий, і такий близький!

О. Радченко. Літній дощ

Там ласкаві випадуть дощі

І пахощами сповниться земля...

С. Тісдейл. Буде ласкавий дощ

Після дощу в повітрі відчувається запах землі. Про це написано чимало поетичних рядків. У науці цей запах називають терміном «петрікор» (від грец. петра - камінь, іхор - рідина, що тече в жилах грецьких богів). Що ж є причиною запаху землі після дощу? Яке відношення до цього запаху мають такі мешканці ґрунту, як актинобактерії?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1-6

1. Що таке ґрунтове середовище існування? 2. Назвіть деякі властивості ґрунту. 3. Назвіть найхарактерніші особливості ґрунтового середовища. 4. Хто такі едафобіонти? 5. Наведіть приклади ґрунтових мешканців. 6. Наведіть приклади адаптацій едафобіонтів.

7-9

7. Які особливості ґрунтового середовища існування? 8. Яка роль едафобіонтів у ґрунтоутворенні? 9. Якими є екологічні групи едафобіонтів?

10-12

10. Як ґрунти впливають на екосистеми та їх біотичний компонент?