Роль живих організмів у ґрунтоутворенні

Ґрунтоутворення – біологічний процес. Він починається з поселення на гірській породі живих організмів. В.І. Вернадський вважав, що організми найбільш могутній фактор ґрунтоутворення. У грунті живуть представники всіх царств природи: рослини, тварини, гриби і мікроорганізми. Бактерії, гриби, лишайники, водорості готують субстрат для вищих рослин, який є провідним у процесі ґрунтоутворення.

Основну біомасу на земній кулі створює вища рослинність, тому вона відіграє найважливішу біологічну роль у ґрунтоутворенні. Зелені рослини – єдине першоджерело органічної речовини в грунті. Головна їх функція – забезпечення біологічного кругообігу речовин, тобто поглинання з грунту елементів живлення і води, синтез органічної маси, повернення її в грунт після закінчення життєвого циклу.

Характер участі рослин у ґрунтоутворенні різноманітний і залежить від типу рослинності. У ґрунтознавстві для характеристики впливу рослин на ґрунтоутворення розрізняють такі рослинні формації:

- група деревинних формацій: тайгові ліси, широколистяні ліси, вологі субтропічні та вологі тропічні ліси;

- група перехідних деревинно-трав’янистих формацій: ксерофітні ліси й чагарники, савани;

- група трав’янистих формацій: суходільні і заболочені луги, трав’яні прерії, степи помірного поясу, субтропічні чагарникові степи;

- група пустельних формацій: суббореальних, субтропічних і тропічних;

- група лишайниково-мохових формацій: тундри, болота.

Фітомаса утворена вищими рослинами, дуже мінлива і залежить від типу рослинності та умов її формування. Біомаса деревинних рослин збільшується від високих широт до низьких, а трав’янистої рослинності знижується від степів і лук до сухих степів.

Кожен тип рослинності відіграє свою певну роль у ґрунтоутворенні, тому що склад органічної речовини, надходження її до грунту, процеси її розкладу, взаємодія з мінеральною частиною грунту – різні.

Лісова рослинність – переважає за своєю біомасою, являє собою складний багатоярусний біогеоценоз, має багаторічний життєвий цикл, щорічно відмирає незначна частина її біомаси, в основному – у вигляді поверхневого опаду; азот і зольні елементи зосереджені в багаторічній біомасі, вилучені з біологічного кругообігу; опад утворює лісову підстилку, при розкладі якої утворюються кислі сполуки, які вимиваються вниз по профілю і активно взаємодіють з мінеральною частиною грунту. Фізичне випаровування води в лісах незначне, панує низхідний потік вологи, в результаті чого відбувається вилуговування та вимивання продуктів ґрунтоутворення з профілю, ступінь якого залежить від типу лісу.

У хвойному лісі опад розкладається повільно, утворюючи підстилку, яка розкладається під дією грибів, гумус утворюється фульватний, ґрунтоутворення йде по типу підзолоутворення, формується висока кислотність, ненасиченість основами, низька гумусованість, малий вміст поживних елементів, особливо азоту й фосфору, низька родючість грунтів.

У мішаних і, особливо, у широколистяних лісах у кругообіг залучається в 2-3 рази більше кальцію, магнію, азоту і фосфору, ніж у хвойних. З опадом листя щорічно надходить в 4-5 разів більше кальцію і магнію, ніж із хвоєю, більше азоту. Мінералізація відбувається протягом річного циклу, основи нейтралізують кислотність, синтезується гумус гуматно-фульватного типу; формуються сірі лісові і бурі лісові грунти, менш кислі, ніж підзолисті; підвищується насиченість основами, вміст азоту, формується вищий рівень родючості, посилюється біологічна активність.

Трави мають меншу сумарну біомасу, скорочений життєвий цикл (1-3 роки). Під трав’янистою рослинністю джерелом утворення гумусу є корені, надземна маса значно менша; гідротермічні умови сприяють швидкому розкладу органічних решток. Вони збагачені азотом, зольними елементами, які щорічно повертаються у верхню частину профілю - формується «м’який» гумус, насичений кальцієм, гуматного типу. Такі умови сприяють формуванню чорноземів зі значним вмістом гумусу, високим рівнем родючості, а також лучних, лучно-болотних, дернових та інших типів родючих грунтів.

Мохово-лишайникова рослинність має обмежену біомасу, яка після відмирання попадає тільки на поверхню грунту, мохи мають високу вологоємність, що сприяє перезволоженню, консервації рослинних залишків, утворенню торфу.

Тип рослинної асоціації визначає швидкість, об’єм, характер і хімізм біологічного кругообігу елементів. Наприклад, у трав’янистих ценозах ємність біологічного кругообігу порівняно з лісовими асоціаціями нижча, але інтенсивність кругообігу елементів значно вища.

Залежно від хімічного складу решток, що мінералізуються утворюється визначений тип біологічного кругообігу у різних рослинних асоціаціях. Так, для ялинкових насаджень він визначається як кальцієво-азотний, для широколистяних лісів – як азотно-кальцієвий, для злакових лугів - як азотно-кальцієвий, а для галофітної рослинності – як хлоридно-натрієвий. Рослинність, впливаючи на напрямок ґрунтоутворення, є досить чітким індикатором зміни грунтових умов. Так, поширення ареалу вологолюбної рослинності збігається з поширенням грунтів гігроморфного і напівгідроморфного рядів.

Оскільки рослинний покрив на Землі має чітко виражену зональність, то це є однією із причин зональності грунтового покриву.

Водорості та лишайники – «піонери» ґрунтоутворення.

Першими поселенцями на породі є зелені водорості. Вчені за допомогою мікробіологічного дослідження мінералів кварцу виявили у дрібних мікротріщинах клітини зелених водоростей. «Тиск» життя – накопичення біомаси водоростей веде до розтріскування кварцу та інших мінералів по площинах нестійкості. Також водорості підлуговують середовище до pH 6.4-8.1, таким чином сприяють утворенню «рухлякової» породи. Процес формування «рухлякової» породи передує процесу первинного ґрунтоутворення – це не тільки вплив фізичних та хімічних процесів на гірську породу, а й живих організмів – водоростей та лишайників.

Накипні лишайники створюють незначну кількість темнозабарвленого дрібнозему, який заповнює тріщини; на підготовленому ними субстраті поселяються лишайники з листоподібними пластинками, які створюють дрібнозем. На залишках органічної речовини поселяються мохи, вони утворюють значну кількість органічної речовини – заповнюються великі тріщини в гірській породі, де в подальшому розвиваються голонасінні рослини. Темнозабарвлений матеріал руйнування породи лишайниками є сумішшю продуктів гуміфікації, мінералізації та залишкових хімічних елементів, вивільнених з породи та не використаних лишайниками.

Як лишайники руйнують породу?

Лишайники являють собою сімбіонт водорості та гриба авто- та гетеротрофного організму. Вдень інтенсивно функціонує «водорість», виділяючи в навколишнє середовище лужні метаболіти, вночі – «гриб», який виділяє кислі метаболіти. Ця щодобова зміна pH середовища в межах від 2.5 до 8.5 веде до інтенсивного посилення хімічного вивітрювання.

Крім цього, ці організми продукують низку органічних кислот, які посилюють інтенсивність хімічного гіпергенезу, руйнують кристалічні решітки будь-яких мінералів і гірських порід.

Живі організми суттєво впливають на утворення структури грунту. В першу чергу це кореневі системи рослин, переважно трав’янистих. Корені пронизують грунт, розділяючи грунтову масу на окремості, локально висушують грунт, виділяють в місця контакту органічну речовину. Цей процес призводить до покращення структури грунту, підвищує механічну і водну стійкість агрегатів. Визначна роль у структуроутворенні належить червам. Їх виділення містять значну кількість поліцукрів, що виконують роль клею, вони склеюють грунтові частинки, готують субстрат для мікроорганізмів, збільшують його пористість, змінюють водний і повітряний режи грунтів.

Роль мікроорганізмів у грунтоутворенні дуже велика, їм належить основна роль у глибокому і повному руйнуванні органічних речовин і мінералів, забезпечують залучення елементів у біологічний кругообіг та його взаємодію з великим геологічним кругообігом речовин. Мікроорганізми беруть участь не лише в розсіюванні елементів, що містяться в мінералах, а й в мінералоутворенні. Зокрема мікроорганізми утворюють боксити (гідроксид алюмінію), сульфідні, карбонатні, фосфатні, залізисті, силікатні мінерали.

В.І. Вернадський вважав, що мікроорганізми найбільш могутній фактор ґрунтоутворення, грунт є не лише місцем життя величезної кількості різних мікроорганізмів, а й продуктом їх життєдіяльності. В 1 г глинистого грунту налічується 200 млн. мікробів, у 1 г чорнозему – більше 5 млрд. мікробів, що свідчить про велику біогенність грунту.