Transgene biljke i biota tla. Plodored i biota tla Bt toksini u tlu

biota tla. Tlo je složen sustav čija su jedna od glavnih funkcionalnih komponenti živi organizmi koji ga nastanjuju. O aktivnosti tih organizama ovisi priroda i intenzitet biološkog ciklusa tvari, opseg i intenzitet fiksacije glavnog biogenog elementa - atmosferskog dušika, sposobnost tla za samopročišćavanje itd. bića tla.

Posebno su važni pogledi na biotu tla V. R. Williamsa, koji ju je povezao s nastankom malog biološkog ciklusa tvari na Zemlji, s obogaćivanjem tla dušikom kao rezultatom atmosferske fiksacije dušika. biote tla značajno se povećao, i to ne samo u vezi s njegovom nezamjenjivom ulogom u formiranju plodnosti tla. S tehnogenim onečišćenjem komponenti biosfere, uključujući i tlo, biota tla obavlja još jednu važnu funkciju - detoksikaciju različitih spojeva prisutnih u tlu koji utječu na stanje okoliša i kvalitetu poljoprivrednih proizvoda. Pokrov tla je samostalna zemljina ljuska - pedosfera. . Tlo je proizvod zajedničkog djelovanja klime, vegetacije, životinja i mikroorganizama na površinske slojeve stijena. U ovom najsloženijem sustavu kontinuirano se odvijaju sinteza i razgradnja organske tvari, ciklus elemenata pepela i ishrana biljaka dušikom, detoksikacija raznih zagađivača koji ulaze u tlo itd. Ti se procesi odvijaju zahvaljujući jedinstvena struktura tla, koja je sustav međusobno povezanih čvrstih, tekućih, plinovitih i živih komponenti. Na primjer, zračni režim tla usko je povezan s njegovom vlagom. Optimalna kombinacija ovih čimbenika doprinosi boljem razvoju više biljke. Potonji, proizvodeći veliku biomasu, opskrbljuju više hrane i energije za žive organizme koji nastanjuju tlo, što poboljšava njihovu vitalnu aktivnost i doprinosi obogaćivanju tla hranjivim tvarima i biološki aktivnim spojevima. Čvrsta faza tla, u kojoj su uglavnom koncentrirani izvori hranjivih i energetskih tvari - humus, organo-mineralni koloidi, kationi Ca g +, Mg 2 na površini čestica tla, međusobno je povezana s zemljišno-biotičkim kompleksom (SBC Čestice tla, osobito koloidne i muljevite frakcije, zbog velike ukupne površine imaju apsorpcijsku sposobnost. Ta je sposobnost od velike ekološke važnosti jer omogućuje tlu da apsorbira različite spojeve, uključujući i one toksične, te na taj način spriječi ulazak toksikanata u prehrambene lance.

Sastav PBC. Općenito je prihvaćeno da se površinski sloj tla u cjelini sastoji od mineralne tvari (93%) i organske tvari (7%). Zauzvrat, organska tvar uključuje mrtvu organsku tvar (85%), korijenje biljaka (1%) i edafon (5%). U strukturi edafona nalaze se bakterije i aktinomicete (40%), gljive i alge (40%), gliste (12%), ostala mikrofauna (5%) i mezofauna (3%).

Masa bakterija je cca 10t/ha; mikroskopske gljive imaju istu masu; masa protozoa doseže oko 370 kg / ha, itd. Na 1 ha obradive zemlje nalazi se 250 tisuća glista (50 ... 140 kg / ha), 500 ... 1575 tisuća (1150 .. .1680 kg / ha). ), po 1 ha travnjaka - 2...5,6 milijuna (više od 2 t/ha). Među životinjskim organizmima biosfere najveću biomasu karakteriziraju stanovnici tla. Na temelju pretpostavke da je prosječna biomasa faune tla 300 kg/ha, na površini od 80 milijuna km 2 zemljinog pokrova (bez pustinja), ukupna biomasa životinja tla cijele kugle zemaljske iznosi 2,5 milijardi tona Djelatnost faune tla ili pedofaune sastoji se u razgradnji stelje na složene organske derivate (primarna funkcija glista); ti spojevi zatim prelaze na bakterije, aktinomicete, gljivice u tlu, oslobađajući izvorne mineralne komponente iz organskih ostataka, koje ponovno asimiliraju proizvođači. Plodnost tla, njegovo “zdravlje”, kvaliteta poljoprivrednih proizvoda i stanje okoliša ovise o aktivnosti biote tla. Poznavanje značajki funkcioniranja PBK u različitim uvjetima okoliša od temeljne je važnosti za stvaranje produktivnih i održivih agroekosustava za proizvodnju ekološki prihvatljivih poljoprivrednih proizvoda i smanjenje onečišćenja biosfere.

Strukturna i funkcionalna organizacija PBK u različitim okruženjimaUvjeti. Tlo je dio biosfere u kojem djeluju različiti okolišni čimbenici; stoga u prirodi postoje mnoge vrste tla i njihove varijante s različitim manifestacijama bioloških procesa. Na primjer, južna tla nastala u uvjetima optimalne kombinacije čimbenika okoliša (dovoljne količine topline, vlage, ishrane) karakteriziraju veća biološka aktivnost. Sjeverna tla u uvjetima ograničavajućeg temperaturnog faktora, tipa ispiranja vodnog režima, značajki stijena koje tvore tlo itd., Karakteriziraju niska biološka aktivnost i vrsta PBK. Drugim riječima, različiti ekosustavi funkcioniraju uz sudjelovanje različitih organizama u tlu, što određuje razinu plodnosti tla i stabilnost ekosustava na nepovoljne čimbenike okoliša. Dakle, černozemna tla karakteriziraju visoka produktivnost i visoka otpornost na otrovne tvari. Tla sjeverne serije - podzolic i sod-podzolic - imaju manje izraženu plodnost, kao i nisku otpornost na antropogeno onečišćenje. Ovisno o tipu tla i njegovom kulturnom stanju, te se razlike očituju u značajnim fluktuacijama u brojnosti i strukturi biote tla općenito, a posebno mikroorganizama. Najveći broj mikroorganizama u tlu nalazi se u černozemima i pojedinim podtipovima kestenovih tala. Siva tla (navodnjavana) također karakterizira visoka brojnost mikroorganizama. Sjeverno i južno od regije u kojoj su ta tla rasprostranjena, populacija mikroba se smanjuje. Mikrobiota aktivno funkcionira uglavnom u gornjem sloju humusa, gdje je koncentrirana najveća zaliha hranjivih tvari, tj. plodnost tla i biota tla međusobno su povezani.

Strukturne promjene u funkcioniranju ekosustava u različitim zemljišno-ekološkim uvjetima određene su sudjelovanjem različitih skupina biopopulacija tla u biokemijskim procesima. Na primjer, u sjevernim ekosustavima, gljivična populacija aktivno sudjeluje u biološkom ciklusu; prema jugu u strukturi mikrobne cenoze prevladavaju bakterije i aktinomicete. Također su otkrivene specijske značajke mikroorganizama u funkcioniranju različitih ekosustava. U ekosustavima sa slabim tijekom mineralizacijskih procesa (trasnato-podzolna i posebno podzolna tla) dominantne su vrste koje sudjeluju u raspadanju organske tvari u ranim fazama. (Bas.cereus, Vas.virgulus, ti.agglomcratus). Uz sudjelovanje dolazi do dublje transformacije organske tvari Vas.iciosus, ti.mescentericus, ti.sublilis. U ekosustavima s dobrim režimom dušika u tlu postoje zameci Vas.megaterij. Indikator slanih tala je Vas.ga. si/ icani. U uvjetima izrazite aridnosti ekosustava (područja zone suhe stepe), u strukturi populacije bacila dominantan je Vas.mezenterikus Niger. Dakle, po strukturi mikrobne cenoze, a posebno po sastavu vrsta mikroorganizama, može se suditi o tijeku procesa formiranja tla i stanju ekosustava.

10. Globalne funkcije tla. Ekološke funkcije tla i njihova ograničenja. Pojam zamora tla. Antropogeno onečišćenje tla (teški metali, dioksini, mikotoksini). Racioniranje onečišćenja. Očuvanje i reprodukcija plodnosti tla.

funkcije tla.Osiguranje života na Zemlji - poglavljafunkcija tla. Provedba ove funkcije ovisi o koncentraciji u tlu u dostupnim oblicima kemijski spojevi hranjive tvari potrebne organizmu. Tlo je svojevrstan depo koji čuva najvažnije biogene (ugljik, dušik, fosfor, sumpor, kalcij, kalij itd.) od brzog ispiranja u Svjetski ocean.

Tlo akumulira vlagu, osiguravajući tijekom vegetacije potrebu za njom u autotrofnoj vezi biogeocenoza.

Služi kao stanište za biljke, životinje, mikroorganizme itd.

Tlo regulira sve tokove tvari u biosferi, djelujući kao poveznica i regulacijski mehanizam u procesima biološkog i geološkog kruženja elemenata: u biti, ono "zatvara" sve biogeokemijske cikluse.

Tlo regulira sastav atmosfere i hidrosfere.

Kao rezultat stalne izmjene plinova između tla i atmosfere, različiti plinovi (uključujući "stakleničke"), mikroplinovi se pretvaraju u zračni bazen. Na primjer, razgradnjom mrtvih biljnih ostataka proizvede se prosječno 84 kg ugljičnog dioksida dnevno po 1 hektaru zemlje. Utvrđeno je da 40 ... 70% ovog plina koji se koristi u procesu fotosinteze (osigurano je "disanjem tla". Ostatak se unosi horizontalnim i turbulentnim kretanjem zračnih masa. Zauzvrat, tlo istovremeno apsorbira atmosferski kisikom.Tlo obogaćujući (selektivno) površinske i podzemne vode kemijskim tvarima utječe na hidrokemijsko stanje kopnenih voda i obalnih voda mora i oceana.Najvažnija globalna funkcija tla je akumulacija u površinskom dijelu kore trošenja, u organogenim horizontima tla specifične organske tvari - humusa i s njim povezane kemijske energije. U tlu se kontinuirano odvijaju procesi biogene akumulacije, transformacije i preraspodjele energije koja dolazi od Sunca prema zemlji. Tlo obavlja svojevrsnu kozmička funkcija.) Zalihe te energije izvor su vitalnih procesa. Potencijalna biogena energija koncentrirana je u pokrovu tla uglavnom u obliku korijenja biljaka, biomase humusnih mikroorganizama.

Tlo štiti litosferu od utjecaja egzogenih čimbenika i regulira intenzitet geološke denudacije.

Tlo djeluje kao regulator širenja živih organizama, obavljajući funkciju stvaranja i očuvanja biološke raznolikosti. Budući da je stanište mnogih organizama, ograničava aktivnost nekih i potiče aktivnost drugih. Izvanredna raznolikost vrsta tla predodređuje vrlo različite uvjete za vitalnu aktivnost organizama. O tome posebice ovisi plodnost tla i stabilnost agroekosustava. Na primjer, černozemna tla, karakterizirana visokom mikrobnom populacijom, imaju visoku plodnost i bolju otpornost na nepovoljne čimbenike okoliša. Trisnato-podzolna, a posebno podzolna tla karakterizira manja kontaminacija zemljišnim mikroorganizmima, niska plodnost i slaba otpornost na razne otrove. Slijedom toga, sjeverne su cenoze ranjivije od južnih, što se mora uzeti u obzir u procesu proizvodnih aktivnosti.

Važnost tla u agroekosustavima. Tlo je glavno sredstvo poljoprivredne proizvodnje i osnova agroekosustava. Čovječanstvo dobiva oko 95% sve hrane iz tla. Briga za očuvanje plodnosti tla, „zdravlje“ tla treba biti prioritet u poljoprivrednoj proizvodnji.

Tlo je životni prostor koji pruža stanište živim organizmima.

Tlo je mehanički oslonac vegetacije koja na njemu raste.

Uloga tla kao čuvara sjemena je neizostavna. Sposobnost tla da pohranjuje sjeme nekoliko godina bez gubitka klijavosti objašnjava se prisutnošću tvari koje inhibiraju klijanje sjemena. Tako se u prirodi održava bioraznolikost i sposobnost obnove biljnih populacija.

Tlo akumulira vodu, hranjive i energetske tvari potrebne za život organizama koji ga nastanjuju, uključujući i primarne proizvođače, što uvelike određuje njegovu plodnost. Tlo je svojevrsno skladište ferpolicajci. Sadrži sve enzime poznate u živim organizmima, uključujući one koji određuju plodnost tla i njegovo "zdravlje" - peroksidaze, nitrogenaze, nitrat reduktaze, katalaze itd. Rad ovih enzima određuje dušikov režim tla, dostupnost hranjivih tvari , kao i sposobnost tla za detoksikaciju različitih zagađivača.

Tlo regulira hidrotermalni režim, koji omogućuje organizmima koji ga nastanjuju da održe svoju vitalnu aktivnost pri određenim vrijednostima temperature i vlažnosti.

Tlo ima sanitarnu funkciju. Visoka sposobnost samočišćenja tla zahvaljujući bioti koja u njemu živi osigurava neutralizaciju mnogih patogena i toksikanata, što pozitivno utječe na kvalitetu poljoprivrednih proizvoda i stanje prirodnog okoliša.

Tlo ima informacijsku funkciju. Poznato je, na primjer, da prijelaz temperature tla u proljeće preko +5 ° C potiče aktivaciju (povećanje pokretljivosti) dušika, fosfora, kalija, tj. naznačena granica temperature služi kao "signal" za početak potrošnja hranjivih tvari u vezi s početkom sezone rasta. Sazrijevanje tla, trajanje vegetacijske sezone u različitim uvjetima okoliša ovise o karakteristikama pokrova tla.

Tlo djeluje kao biokemijska barijera. Sposobnost apsorpcije različitih spojeva, uključujući one toksične, omogućuje mu da igra ulogu kemijskog sredstva za čišćenje okoliša i time spriječi ulazak kontaminanata u poljoprivredne proizvode.

Zamor tla. S obzirom na funkcionalnu ulogu tla u eko i agroekosustavima, ne treba gubiti iz vida njegova određena ograničenja. Ove funkcije nisu neograničene i zbog proizvodnih aktivnosti mogu biti povrijeđene. Jedan primjer takvih povreda je takozvani "zamor tla". Vanjska manifestacija zamora tla izražena je u oštrom smanjenju prinosa poljoprivrednih usjeva, što se uočava stalnim uzgojem (ili čestim vraćanjem na prethodno polje plodoreda) biljaka istog roda. To se najčešće uočava prilikom ponovne sjetve lana, suncokreta, šećerne repe, pamuka i nekih drugih kultura.Glavni uzroci zamora tla su nakupljanje u tlu otrovnih tvari koje izlučuje korijen biljaka i mikroorganizmi, specifični štetnici, uzročnici bolesti i korov. Zbog mogućnosti stvaranja mikotoksina tijekom zamora tla, prevladavajućih okolišnih uvjeta koji pogoduju manifestaciji ovog procesa, postoji realna opasnost od onečišćenja tla, što predstavlja ozbiljnu prijetnju.Sprečavanje zamora tla vrlo je jednostavno. Potrebno je pridržavati se plodoreda, poboljšati zdravlje tla primjenom organskih gnojiva, zelenom gnojidbom, uzgojem otpornih sorti i sl.

Među navedenim zagađivačima teški metali i njihovi spojevičine značajnu skupinu toksikanata, koja uvelike određuje antropogeni utjecaj na ekološku strukturu okoliša i na samu osobu. S obzirom na sve veći opseg proizvodnje i uporabe teških metala, visoku toksičnost, sposobnost nakupljanja u ljudskom tijelu, štetnog djelovanja čak i pri relativno niskim koncentracijama ili dozama, ove kemijske onečišćivače treba smatrati prioritetnim. S ekoloških i toksikološko-higijenskih pozicija ne mogu se svi teški metali percipirati jednoznačno. Prije svega, od interesa su oni metali koji se najviše iu značajnim količinama koriste u ljudskim proizvodnim aktivnostima, a kao rezultat akumulacije u vanjskom okolišu predstavljaju ozbiljnu opasnost u smislu svoje biološke aktivnosti i toksičnih svojstava. Tu spadaju olovo, živa, kadmij, cink, bizmut, kobalt, nikal, bakar, kositar, antimon, vanadij, mangan, krom, molibden i arsen.Teški metali imaju važnu ulogu u metaboličkim procesima, ali u visokim koncentracijama uzrokuju onečišćenje tla, imaju štetan učinak na sustave. Toksični učinak teških metala može biti izravan i neizravan. U prvom slučaju, reakcije koje uključuju enzim su blokirane, što dovodi do smanjenja ili prekida njegovog katalitičkog djelovanja. Neizravni učinak očituje se u prijenosu hranjivih tvari u nepristupačno stanje i stvaranju "gladnog" okoliša. Opasnost uzrokovana onečišćenjem teškim metalima pojačava se njihovim lošim uklanjanjem iz tla. - 70 ... 510 godina, Cd -13 ... 1100, Cu-310 ... 1500, Pb-740 ... 5900 godina Teški metali prolaze kroz kemijske transformacije u tlu , pri čemu njihova toksičnost varira u vrlo širokom rasponu. Najveću opasnost predstavljaju mobilni oblici teških metala, odnosno najpristupačniji živim organizmima. Mobilnost, s druge strane, značajno ovisi o zemljišno-ekološkim čimbenicima, od kojih su glavni sadržaj organske tvari, kiselost tla, redoks uvjeti, gustoća tla itd.

Za dobivanje biljnih proizvoda bez teških metala, na tlima s visokim sadržajem istih, potrebno je:

provesti agrokemijsko istraživanje obradivih površina, utvrditi sadržaj teških metala u tlu

usporedi sadržaj teških metala sa sadržajem kalija i kalcija

vapno kisela tla

isključiti upotrebu mineralnih gnojiva koja sadrže teške metale

odabrati usjeve koji minimalno troše te elemente; usjevi za industrijsku preradu mogu se uzgajati na jako onečišćenim poljima

povremeno provjeravajte proizvode na sadržaj teških metala

Osim toga, utjecaj teških metala na javno zdravlje može se smanjiti rješavanjem sljedećih ciljeva:

organiziranje precizne i operativne kontrole emisija HM u atmosferu i vode;

praćenje lanaca migracije HM od izvora do ljudi;

uspostavljanje široke i učinkovite kontrole (na razne razine, do kućanstva) sadržaj HM u hrani, vodi i piću.

provođenje selektivnih, a zatim masovnih istraživanja stanovništva o sadržaju HM u tijelu.

Poteškoće rješavanja ovih problema su sljedeće: 1) migracija i toksičnost elemenata ovise o fizičkim i fizičkim oblicima, stoga bi metode analize trebale omogućiti određivanje vezanih i labilnih oblika tvari, stupanj oksidacije elemenata; 2) sredstva kontrole trebaju imati nizak prag detekcije, visoku selektivnost i nisku cijenu.

Kontaminacija dioksinom. Među antropogenim toksikantima koji zagađuju ekosustave (uključujući tlo) veliku opasnost predstavljaju dioksini. Dioksine karakterizira neuobičajeno visoka stabilnost u tlu. Kada udare u tlo, prelaze u njegovu organsku fazu, migriraju (uglavnom u vertikalnom smjeru) u obliku kompleksa s organskom tvari, ulaze u vodena tijela i uključuju se u prehrambene lance. Zbog ogromne opasnosti za okoliš povezane sa onečišćenjem okoliša dioksinima, uvedena su ograničenja prikladnosti tla onečišćenog ovim otrovima za različite namjene. Tla s koncentracijom dioksina od 1 ng/kg smatraju se neprikladnim za stanovanje; prikladno za uporabu u industrijskoj gradnji - s koncentracijom većom od 0,25 ng / kg, za uporabu u poljoprivredi - više od 0,01 ng / kg.

Dekontaminacija tla od dioksina je izuzetno teška. Zasad se može govoriti samo o smanjenju opasnosti koju predstavljaju. Prije svega, potrebno je poboljšati tehnologiju u proizvodnim pogonima koji su izvor toksikanta, strogo poštivati ​​norme za njegov sadržaj u različitim objektima (voda, tlo) i razviti tehnologije koje uništavaju drogu. Moguće mjere za smanjenje toksičnosti već kontaminiranih područja su uklanjanje i razgradnja dioksina toplinskom obradom pomoću infracrvenog grijanja, električne pirolize, ultraljubičaste fotolize itd. Kontaminacija mikotoksinima. Ozbiljnu prijetnju ekosustavima predstavlja onečišćenje tla mikotoksinima – otrovima koje proizvode mikroskopske gljive. Mikotoksini mogu utjecati na krmno bilje, hranu za životinje, kao i na životinje i ljude. Od brojnih poznatih vrsta gljiva (160 ... 300) sposobnost stvaranja otrova utvrđena je kod približno 50% (gljive iz rodova Aspergillus, Penicillium, Fusarium, Mucor, Rhizopus, Helmintosporium, Cladosporium, Alternaria itd.) .

Sposobnost proizvodnje toksina primjećuje se ne samo kod gljivica, ona je svojstvena bakterijama i aktinomicetama.Ta se sposobnost povećava s pogoršanjem stanja okoliša. Proučavajući učinak visokih doza olova i pesticida kuprosana (isključen iz uporabe), utvrđeno je smanjenje energije klijanja zobi, smanjenje razvoja korijenskog sustava, što ukazuje na prisutnost otrovnih tvari u tlu. pronađeno. Istodobno su aktinomicete skupine Niger i njihovi sterilni oblici postali dominantni u sastavu mikrobne populacije, a raznolikost vrsta bacila se smanjila. Kako bi se smanjio i spriječio rizik od kontaminacije mikrobnim toksinima, potrebno je koristiti prirodne biološke mehanizme zaštite tla, uključujući strukturu mikrobne cenoze i njezinu biološku raznolikost. Kao rezultat antropogenog utjecaja u tlima, aktivnost prirodnih mehanizama koji određuju stabilnost i produktivnost ekosustava, kao i kvalitetu okoliša, uvelike je smanjena. Glavni razlozi za kršenje ovih procesa su: dehumifikacija, povećanje kiselosti, kršenje hidrološkog režima, prekomjerno zbijanje tla itd. milijuna tona melioranata i 600 milijuna tona organskih gnojiva. Naime, 1993. godine primijenjeno je 4,8 milijuna tona mineralnih gnojiva i 231 milijun tona organskih gnojiva, 1996. godine - 1,6 odnosno 88,1 milijuna tona.Propadanje pokrova tla stvara uvjete za proizvodnju mikotoksina od strane mikroorganizama, koji u budućnosti može dovesti do nepredvidivih posljedica za okoliš. Stoga je potrebno riješiti probleme usmjerene na očuvanje humusa u tlu, optimizirati kiselost otopine tla, spriječiti prekomjerno zbijanje i regulirati redoks potencijal.

Agroekološki monitoring - je nacionalni sustav praćenja i praćenja stanja i razine onečišćenja agroekosustava (i okolnih okoliša) u procesu intenzivne poljoprivredne djelatnosti. primarni cilj- stvaranje visoko učinkovitih, ekološki uravnoteženih agrocenoza na temelju proširene reprodukcije pokrova tla, maksimalnog korištenja prirodnih resursa, racionalnog korištenja kemikalija. Zadaci agroekološkog monitoringa:

organizacija motrenja stanja agroekosustava;

dobivanje objektivnih, sustavnih i operativnih informacija o reguliranom skupu obveznih pokazatelja koji karakteriziraju stanje i funkcioniranje glavnih komponenti agroekosustava;

procjena primljenih informacija;

predviđanje moguće promjene stanja pojedine agrocenoze ili njihovog sustava u bližoj i dugoročnoj budućnosti;

prevencija izvanrednih situacija i opravdanje izlaza iz njih;

usmjereno upravljanje učinkovitošću agroekosustava.

Glavni principi agroekološkog monitoringa su:

složenost, odnosno istovremeno praćenje tri skupine pokazatelja koji odražavaju najznačajnija obilježja varijabilnosti agroekosustava (pokazatelji rane dijagnostike promjena; pokazatelji koji karakteriziraju sezonske ili kratkoročne promjene; ​​pokazatelji dugoročnih promjena).

Kontinuitet kontrole za agroekosustav, osiguravajući strogu učestalost promatranja za svaki indikator, uzimajući u obzir mogući tempo i intenzitet njegovih promjena.

Jedinstvo ciljeva i zadataka istraživanja, provode različiti stručnjaci (agrometeorolozi, agrokemičari, hidrolozi, mikrobiolozi, tloznanstvenici i dr.) prema dogovorenim programima pod jedinstvenim znanstveno-metodološkim vodstvom.

Sustavno istraživanje, odnosno simultano proučavanje bloka komponenti agroekosustava: atmosfera-voda-biljka-životinja-čovjek.

Pouzdanost istraživanja, pod uvjetom da njihova točnost treba pokrivati ​​prostorne varijacije, popraćena procjenom pouzdanosti razlika.

Istovremenost(kombinacija, konjugacija) zapažanja prema sustavu objekata smještenih u različitim prirodnim zonama.

Jedna od metodoloških metoda proučavanja prirodnog okoliša je, kao što je poznato, njegova podjela na određene podsustave (blokove) ovisno o ciljevima eksperimenta. Kao opcije koje se proučavaju, na primjer, preporučljivo je koristiti prihvaćene sustave uzgoja koji osiguravaju različite razine produktivnosti agroekosustava. U sustavu održivog razvoja agroekosustava agroekološki monitoring zauzima vodeće mjesto. Važan uvjet za povećanje održivosti ekosustava (a posebno agroekosustava) je razvoj, unapređenje i strogo poštivanje ekoloških propisa, standarda, pravila i drugih propisa koji reguliraju gospodarske aktivnosti u korištenju krajobraza.

Vrijednosti maksimalno dopuštenih koncentracija onečišćujućih tvari, utvrđenih stupnjem štetnosti tvari ili refleksnom reakcijom tijela na njih, najčešći su pokazatelji stanja onečišćenja prirodnog okoliša. određivanje normi stanje objekta analizom parametara agroekosustava i intervala njihovih prirodnih fluktuacija, te utvrđivanjem odgovarajućeg praga i kritičnih granica. Ova faza se naziva regulacija okoliša. Sljedeća faza je stvarna regulacija okoliša. Sastoji se u određivanju ekoloških standarda na temelju ekoloških propisa.Korištenje sustava najčešćih i simptomatičnih integralnih parametara agroekosustava omogućuje procjenu odstupanja od određenog stanja, uvjetno uzetog kao norma. Glavne blok komponente agroekosustava su: atmosfera, voda, tlo, biljke. Praćenje za svaki od ovih objekata ima određene značajke. Praćenje okoliša tla sastoji se od tri uzastopna međusobno povezana dijela:

Kontrola (promatranje) stanja tala i zemljišnog pokrova te procjena njihovih prostornih i vremenskih promjena.

Prognoza vjerojatnih promjena stanja tala i pokrova tla.

Jačanje negativnih antropogenih utjecaja, koji uzrokuju narušavanje tala i smanjenje njihove plodnosti, objektivno diktira potrebu uključivanja skupa zadataka u programe ekološkog motrenja tla. Njihov indikativni popis može se prikazati na sljedeći način:

određivanje gubitaka tla (uključujući stopu gubitaka) zbog razvoja vodene erozije i deflacije;

kontrola promjena kiselosti i alkalnosti tla (prvenstveno u područjima s povećanim dozama mineralnih gnojiva tijekom odvodnje i navodnjavanja, kao i pri korištenju melioranata i industrijskog otpada, u blizini velikih industrijskih centara, koje karakterizira visoka kiselost oborina) ;

nadzor nad promjenama vodno-solnog režima i vodo-solne bilance melioriranih, gnojenih ili na drugi način modificiranih tala;

utvrđivanje područja s poremećenom ravnotežom glavnih elemenata ishrane bilja; otkrivanje i procjena brzine gubitka humusa u tlu, dostupnih oblika dušika i fosfora; nadzor nad onečišćenjem tla teškim metalima koji ispadaju s atmosferskim oborinama i nad lokalnim onečišćenjem teškim metalima u zonama utjecaja industrijskih poduzeća i prometnih putova;

kontrola onečišćenja tla kemijskim sredstvima za zaštitu bilja u područjima njihove trajne uporabe (primjerice na rižinim poljima);

kontrola onečišćenja tla deterdžentima i kućnim otpadom, posebno u područjima s velikom gustoćom naseljenosti;

sezonski i dugotrajni nadzor nad strukturom tala i sadržajem biljnih hraniva u njima, nad vodnofizikalnim svojstvima i razinom podzemne vode;

stručna procjena vjerojatnosti promjene svojstava tla tijekom izgradnje sustava navodnjavanja i odvodnje, uvođenja novih poljoprivrednih sustava i tehnologija, izgradnje velikih industrijskih poduzeća i drugih objekata.

Da bi se postigla reprezentativnost opažanja i objektivnost procjena stanja i promjena agrokemijskih svojstava tla, preporučljivo je istraživanja tla provoditi u intervalima od 10-15 godina, a agrokemijska istraživanja - nakon 5 godina. Ponovni rad ove vrste (u smjernicama nazvan ispravak materijala prethodno provedenih velikih istraživanja tla), s jedne strane, omogućuje uklanjanje nedostataka i popunjavanje praznina u prethodnim promatranjima, a s druge - (što je najvažnije) identificirati i evidentirati promjene svojstava tala i zemljišnog pokrova uslijed antropogenih utjecaja, razvoja erozijskih procesa i sl. Struktura agroekološkog monitoringa uključuje univerzalne parametre koji karakteriziraju svaku komponentu agroekosustava. Najvažniji zadatak - dobivanje visokokvalitetnih proizvoda - zahtijeva sveobuhvatnu i višerazinsku kontrolu.Otrovne tvari koje ulaze u agroekosustave kao rezultat ljudske aktivnosti, kroz atmosferu, hidrosferu i tlo, uključene u biogeokemijske cikluse, transportiraju se duž lanac: Biljke - hrana - hrana - životinjski organizam -ljudski organizam.

Kao jedan od preduvjeta za formiranje sustava ciljanog upravljanja proizvodnjom ekološki prihvatljivih poljoprivrednih proizvoda, agroekološki monitoring treba se temeljiti i na poznavanju procesa biogeokemijskog kruženja tvari. Pritom je važan i “kapacitet” praćenja. Popis pokazatelja koji se kontroliraju nužno uključuje elemente koji izravno ili neizravno utječu na ljudske i životinjske organizme. Treba kontrolirati eventualnu prisutnost biogenih elemenata, teških metala i drugih sastojaka u vodi za navodnjavanje i pitku vodu, biljnim i životinjskim proizvodima, ljekovitim sirovinama; također treba provoditi kontrolu kvalitete proizvoda tijekom prerade itd. Zapravo, cijeli trofički lanac trebao bi biti pod kontrolom. Kako bi se objektivno uzele u obzir biogeokemijske karakteristike teritorija, preporučljivo je praćenje temeljiti na dugoročnim podacima, uključujući:

povijesni (priroda korištenja zemljišta u razdoblju od 50 ili više godina, početak iskorištavanja zemljišnog fonda, dinamika razine kemijizacije itd.);

agrokemija (usporedba s prethodno uzetim monolitima tla analiza suvremenih tala, posebice u pogledu sadržaja elemenata u tragovima, teških metala i dr.);

o klimatskim uvjetima, razvoju procesa kemijskog onečišćenja zraka i izvora vode; o prisutnosti prirodnih biogeokemijskih provincija.

Transgene biljke i biota tla

A.G. Viktorov, kandidat bioloških znanosti, Institut za ekologiju i evoluciju nazvan po V.I. A.N. Severtsov RAS

Prve biljke otporne na štetočine stvorene metodama genetskog inženjeringa uvedene su u uzgoj 90-ih godina prošlog stoljeća. Ove genetski modificirane biljke (Bt-kulture) nose gene gram-pozitivne aerobne bakterije Bacillus thuringiensis koja stvara spore, a koja sintetizira parasporalne (lokalizirane uz spore) kristalne tvorevine koje sadrže d-endotoksine - Cry proteine ​​koji ubijaju ličinke insekata različitih vrsta. narudžbe. Napominjem da se pripravci od mješavine stanica, spora i parasporalnih kristala koriste više od pola stoljeća (prvi industrijski insekticid „Sporein“ nastao je u Francuskoj 1938. godine). Od tada se smatraju jednim od ekološki najprihvatljivijih sredstava za zaštitu bilja, budući da je ova klasa pesticida toksična za toplokrvne životinje samo u koncentracijama nekoliko tisuća puta većim od doza koje se koriste u jednom tretiranju polja.

Trenutno se u poljoprivredi koristi tridesetak Bt usjeva. Najpopularniji od njih su kukuruz, pamuk, krumpir, hibrid uljane repice (od engleskog kanadskog ulja niske kiseline - kanadsko blago kiselo ulje), riža, brokula, kikiriki, patlidžan, duhan. Većina sorti transgenog kukuruza nosi gen Cry1Ab proteina koji štiti od opasnog nametnika - ličinke kukuruznog plamenca (Ostrinia nubilalis).

Godine 2001. genetski modificirani usjevi već su zauzimali više od 12 milijuna hektara u svijetu, od čega je otprilike polovica otpadala na transgenski kukuruz. 99% svih Bt usjeva uzgaja se u četiri zemlje: SAD, Argentina, Kanada i Čile. U SAD-u je površina Bt-kukuruza 2000. bila veća od 8 milijuna hektara (oko četvrtine plantaža), a Bt-pamuk - 2,4 milijuna hektara (oko polovice usjeva). Ekonomske koristi od takvih biljaka su jasne: prema Agenciji za zaštitu okoliša SAD-a, korištenje usjeva koji sadrže samo Bt u ovoj zemlji dovodi do godišnjeg smanjenja upotrebe sintetičkih insekticida na površini od oko 3 milijuna hektara i štedi 2,7 milijardi dolara SAD.

Ekolozi su donedavno upozoravali na mogući negativan utjecaj transgenih usjeva na okoliš. Zagovornici genetske modifikacije biljaka, naprotiv, uvjereni su u njihovu potpunu sigurnost za okoliš, na temelju rezultata laboratorijskih ispitivanja i iskustva uzgoja ovih usjeva u prirodnim uvjetima. (Kako se kasnije pokazalo, metode i ispitni objekti korišteni u nekim laboratorijskim pokusima nisu bili primjereni postavljenim zadacima, ali o tome kasnije.) Tek sada, desetljeće nakon početka industrijskog uzgoja transgenih usjeva, postaje sve više ili manje očito kakvu štetu mogu nanijeti okolišu.

Sve je više dokaza da korištenje Bt biljaka može imati dugoročni negativni učinak, čiji je ekonomski učinak još uvijek teško procijeniti. Prvo, Bt kukuruz proizvodi 1500 do 2000 puta više endotoksina nego jednokratno tretiranje polja kemikalijama koje sadrže Bt toksin. Drugo, uzgoj Bt-kukuruza dovodi do nakupljanja Bt-toksina u tlu kao rezultat djelovanja mnogih čimbenika: izlučivanje korijena, taloženje peludi, razgradnja biljnih ostataka. Treće, razgradnja transgenih biljaka odvija se mnogo sporije nego kod konvencionalnih usjeva, a biološka aktivnost tla na kojem se nalaze genetski modificirane biljke znatno je niža nego na kontrolnim parcelama.

Bt toksini u tlu

Nakon berbe transgenog kukuruza, oko deset posto Bt toksina ostaje u žetvenim ostacima na poljima. I tek njihovom razgradnjom dolazi do razgradnje Cry-proteina in vivo. Prema švicarskim istraživačima, koncentracija toksina Cry1Ab u biljnim ostacima naglo se smanjuje (na 20-38% količine u živim biljkama) dva mjeseca nakon berbe i ostaje na približno istoj razini tijekom zime. Tek s početkom proljeća počinje daljnja razgradnja Bt-toksina, no i nakon 200 dana na poljima ostaje 0,3% njegove početne količine. Maksimalno razdoblje tijekom kojeg se čuvaju Cry-proteini koji se nalaze u tlu kao rezultat izlučivanja korijena i razgradnje biljnih ostataka doseže 350 dana. Bt-toksini ostaju biološki aktivni tako dugo (zapravo do godinu dana) zbog činjenice da su u vezanom stanju s površinski aktivnim česticama tla (glina, humus, itd.); to je ono što ih štiti od razgradnje mikroorganizmima.

Ti su rezultati dobiveni relativno nedavno i bitno se razlikuju od ranijih laboratorijskih, kada je utvrđeno da se 50% Bt toksina razgrađuje dan i pol nakon ulaska u tlo, a 90% unutar 15 dana. Ako biljni ostaci nisu bili u kontaktu s tlom, tada je 50% razgradnja Cry proteina uočena unutar 25,6 dana, a 90% - 40,7 dana. Ovako jake razlike u brzini razgradnje Bt toksina očito su posljedica činjenice da su se u laboratorijskim uvjetima pokusi provodili na konstantnoj sobnoj temperaturi, dok su u prirodi, osim u hladnom zimskom razdoblju karakterističnom za srednji pojas, gdje uglavnom raste transgenski kukuruz, postoje i dnevne temperaturne fluktuacije. Osim toga, u laboratorijskim pokusima listovi kukuruza su mljeveni, prosijani i liofilizirani, čime je dobivena znatno veća površina za naseljavanje mikroorganizama. Naravno, ništa slično u prirodi se ne događa i jasno je da je potrebno krajnje oprezno ekstrapolirati rezultate laboratorijskih pokusa s Bt toksinima na prirodne uvjete.

Iako ulazak Cry proteina u tlo s izlučevinama iz korijena transgenih biljaka nije toliko visok kao nakon razgradnje biljnih ostataka zaostalih na poljima nakon žetve, ovaj faktor se ne može zanemariti. Zanimljivo je primijetiti da ako izdanci korijena uljane repice, duhana i pamuka uopće ne oslobađaju Bt toksine, tada svih 12 proučavanih transgenih sorti kukuruza dobivenih pomoću tri neovisne operacije genetskog inženjeringa (Bt11, MON810 i Bt176) proizvode Cry proteine gotovo u istim količinama. Osim toga, insekticidna aktivnost izlučevina kukuruza bila je najveća - značajno viša nego kod riže i krumpira. Iako određena količina Cry proteina može dospjeti u tlo kao rezultat ljuštenja ili mehaničkog oštećenja korijena, glavnina Bt toksina njihovim izlučevinama ulazi u tlo. U prilog tome dovoljno je reći da kod kukuruza, riže i krumpira uzgojenih u hidroponici nisu zabilježena nikakva oštećenja površine korijena, ali su Cry proteini ipak zabilježeni u hranjivoj otopini.

lignin

Uočeno je da biljke s visokim sadržajem Bt toksina nisu privlačne čak ni onim fitofagima za koje ti toksini nisu otrovni. Dakle, u pokusima s podrumskom, ili grubom, šumovitom (Porcellio scaber), kojoj je ponuđeno osam sorti kukuruza (dvije transgene i šest izogenih kontrolnih linija), pokazalo se da ova životinja očito preferira netransgene biljke. Osim toga, poznato je da se biljni ostaci transgenih biljaka znatno sporije razgrađuju u odnosu na genetski nemodificirane izogene linije. Razlozi za to trenutno se proučavaju. Pretpostavlja se da je to zbog povećanog sadržaja lignina u transgenim biljkama. Možda to objašnjava i njihovu prehrambenu neprivlačnost, ali nažalost, autori nisu istražili odnos između ovih sorti kukuruza i njihovog sadržaja lignina.

Lignin je visokomolekularni spoj aromatične prirode - glavna strukturna komponenta biljaka, ispunjava prostor između stanica i "lijepi" njihove primarne membrane. Upravo lignin osigurava čvrstoću i krutost biljnih struktura, kao i njihovu vodootpornost. S jedne strane, povećan sadržaj lignina otežava "rad" fitofaga, s druge strane, usporava procese razgradnje biljnih ostataka u tlu. Tijekom razgradnje lignina u okoliš se ispuštaju toksični niskomolekularni produkti razgradnje (fenoli, metanol, karboksilne kiseline).

Sadržaj lignina u stabljici Bt sorti kukuruza je 33-97% veći nego u njegovim izogenim netransgenskim linijama. Velika raspršenost podataka povezana je s različitim sadržajem lignina u tri glavne linije transgenog kukuruza. Višak lignina očitovao se i na morfološkoj razini. Vaskularni snopovi i okolne stanice sklerenhima koje sadrže lignin bili su gotovo dva puta deblji u Bt biljaka nego u izogenih netransgenih linija (21,5±0,84 mm odnosno 12,4±1,14 mm). Povećano nakupljanje lignina karakteristično je samo za stabljike Bt-kukuruza, dok je njegova količina u lišću približno ista kao i kod običnih biljaka.

Osim toga, otkrivena je još jedna zanimljiva okolnost: u kukuruzu uzgojenom u prirodnim uvjetima bilo je više lignina nego u laboratorijskim. To još jednom potvrđuje da se transgena biljka drugačije razvija u umjetnom okruženju nego u prirodi.

Kao rezultat daljnjih istraživanja, pokazalo se da je višak lignina karakterističan ne samo za Bt kukuruz, već je zajedničko svojstvo svih transgenih biljaka. U različitim genetski modificiranim usjevima (riža, duhan, pamuk i krumpir) postoji 10-66% više lignina nego u njihovim odgovarajućim genetski nemodificiranim izogenim linijama.

gliste

Jedan od glavnih iskorištavača biljnog otpada u srednjoj stazi su gliste, uglavnom iz obitelji Lumbricidae. Nalaze se u gotovo svim prirodnim i antropogenim ekosustavima umjerenog pojasa i dominiraju u biomasi (njihova brojnost je posebno velika u šumsko-stepskim, mješovitim i širokolisnim šumama - više od 300 jedinki na 1 m2). Prodirući kroz prolaze u tlo, gliste ga rahle, potiču prozračivanje i dubinsku vlagu, miješaju slojeve tla, ubrzavaju razgradnju biljnih ostataka i time povećavaju plodnost tla. Volumen tla koji nose ove životinje kreće se od 2 do 250 t/ha godišnje. Vertikalni raspored glista po profilu tla određen je, s jedne strane, njihovom ekologijom, as druge strane, kompleksom abiotskih čimbenika kao što su temperatura, vlažnost tla i vertikalni gradijent raspodjele organske tvari.

Toksini mogu utjecati na gliste na različite načine, ovisno o vrsti Lumbricidae i njihovom stupnju razvoja. Mlade jedinke, koje ne mogu duboko ući u tlo, pate od zagađivača više od zrelih. Ali jedna od najvećih vrsta Lumbricidae srednje zone - veliki puzavac (Lumbricus terrestris) - čudno, također je u "rizičnoj skupini". Činjenica je da jedinke ove vrste, skrivajući se u dubokim (do 3 m) jazbinama tijekom dana, noću izlaze na površinu tla radi hrane - biljnog otpada (u Rusiji je za takav način života ovaj kozmopolit dobio narodni naziv "veliki puzavac"). Iskreno radi, napominjemo da mali dio njihove prehrane čine korijeni biljaka. Tijekom ovakvih noćnih putovanja neki pojedinci mogu savladati i do 19 m. Otprilike svaka treća ruta završava u rupi, a svaka četrnaesta ruta također ima rupe na početku staze. U različitim ekosustavima, tijekom nekoliko jesenskih mjeseci, ove gliste su u stanju odnijeti gotovo sav biljni otpad u svoje jazbine. To uopće ne znači da lumbricidi odmah pojedu sve, oni pohranjuju značajan dio svoje hrane u jazbine i konzumiraju je dok se biljni ostaci djelomično raspadaju. Upravo te značajke ekologije velikog puzanja određuju visoku razinu njegovog kontakta s onečišćujućim tvarima koje se talože u poljima i s transgenim biljkama.

Lumbricidi se razvijaju u debljini tla i, naravno, reagiraju na promjene u njegovom kemijskom sastavu, posebno na ulazak zagađivača koji mogu prodrijeti u njihovo tijelo kroz pokrove. S obzirom na karakteristike prehrane, gliste mogu progutati čestice tla i toksine koji se u njima nalaze, što znači da im mogu biti izložene i izvana i iznutra.

Iznenađujuće, detaljna istraživanja toksičnosti Cry proteina na gliste još nisu provedena. Istina, prije otprilike pola stoljeća, prilikom ispitivanja toksičnosti Thuricidea, koji je sadržavao B. thuringiensis var. kurstaki, utvrđeno je da su samo vrlo visoke koncentracije (10 tisuća puta veće od onih preporučenih za poljski uzgoj) uzrokovale 100% smrtnost laboratorijskih populacija L. terrestris unutar dva mjeseca. Čini se da su ti podaci samo neizravno povezani, ali smrtonosne doze bile su samo pet do deset puta veće od koncentracije Bt toksina u živim transgenim biljkama. Histološke studije mrtvih lumbricidae pokazale su da su bakterije prodrle u gotovo sva tkiva crva, gdje su sporulirale i formirale kristale. Kasnije je takva neobična patologija objašnjena činjenicom da je u pokusima korištena dijatomejska zemlja, koja je, oštećujući epitel crijeva, pridonijela prodiranju bakterija u cjelinu (prostor između stijenke tijela i unutarnjih organa) glista.

U drugoj seriji eksperimenata, učinak pesticida koji sadrže Bt-toksin na kišna glista Dendrobaena octaedra: desetotjedna izloženost toksinu u dozama tisuću puta većim od terenskih i približno jednakim koncentracijama toksina u živim biljkama, dovelo je do značajne inhibicije rasta i razmnožavanja, kao i većeg mortaliteta crva. Nažalost, u ovim eksperimentima korištena je vrsta koja nema nikakve veze s poljima (obično živi u šumskom tlu) i ne može susresti transgene usjeve u prirodnim uvjetima.

Jedan od prvih ekotoksikoloških pokusa koji je proučavao učinak transgenih biljaka na gliste bio je standardni laboratorijski test na umjetnom tlu i balegaru (Eisenia fetida). Pokazalo se da ekstrakti lišća transgenog kukuruza koji sadrže Bt-toksin ni na koji način nisu utjecali na preživljavanje i razvoj ovih lumbricida – svi su preživjeli do kraja 14-dnevnog eksperimenta i nisu se razlikovali tjelesnom težinom od kontrolnih životinja. Prema izračunima autora, koncentracija Bt-toksina korištenog u pokusu (0,35 mg CryIA(b)-proteina po 1 kg tla) bila je približno 785 puta veća od one koja se mogla stvoriti u tlu nakon žetve. . Ovi rezultati bi imali smisla da je izbor vrste gujavice bio adekvatan postavljenim ciljevima. Autori nisu uzeli u obzir da E. fetida, poput D. octaedra, ne susreće transgene usjeve u prirodnim uvjetima. Da ne govorimo o tome da balegar, za razliku od same vrste tla, ne guta čestice tla, već se hrani raspadajućom organskom tvari, pa nije jasno koliko je Bt-toksina dospjelo u njega. probavni sustav i je li uopće pogodio.

40-dnevno promatranje laboratorijskih populacija L. terrestrisa koje žive u tlu u kojem je klijalo sjeme transgenog kukuruza ili mu je dodano lišće nije pokazalo značajne promjene ni u tjelesnoj težini ni u smrtnosti velikih gmizavaca, iako su u njima pronađeni Bt toksini. crijeva i kaste (izmet). Kada su crvi prebačeni na čisto tlo, njihova su se crijeva očistila od toksina u roku od jednog do dva dana. Nažalost, autori ovog rada nisu procijenili učinak Bt toksina na razmnožavanje Lumbricidae, kao ni na mlade, osjetljivije na toksine, jedinke. Osim toga, za tako veliku kišnu glistu koja živi dulje od jedne godine kao veliki puzavac, razdoblje od 40 dana očito je nedovoljno za otkrivanje subletalnih učinaka. U drugom, nešto kasnijem, sličnom pokusu, ali koji je trajao već 200 dana, pokazalo se da se tjelesna težina L. terrestrisa hranjenih transgenim biljnim ostacima smanjila u prosjeku za 18%, dok je u kontrolnoj skupini porasla za 4%.

Nažalost, migracija Bt toksina u trofičkim lancima, u kojima kišne gliste služe kao baza hrane za mnoge predatorske beskralježnjake, ptice i sisavce, još nije istražena. Na primjer, u Engleskoj, u prehrani crvenih lisica (Vulpes vulpes), veliki puzavac iznosi prosječno 10-15%, au područjima gdje su ove gliste posebno brojne, čak i do 60%. Sova ušara (Strix aluco), koja može uhvatiti više od 20 crva u jednom satu, ne prezire velike gmizavce. Posebna ljubav prema L. terrestris zabilježena je i kod europskog jazavca (Meles meles); prije više od 20 godina čak su ih smatrali specijaliziranim predatorima kišnih glista. Kasnije je hipoteza odbačena, ali pošteno, napominjemo da na neki način ovaj grabežljivac još uvijek ima specijalizaciju - očituje se u tehnici hvatanja hrane.

Za mikroorganizme u tlu (čiste i mješovite kulture) toksičnost Cry proteina nije otkrivena; broj bakterija i gljivica u tlima koja sadrže biomasu genetski modificiranog i netransgenog kukuruza nije se statistički razlikovao. Međutim, u pokusima s mikrokozmosima tla u kojima nema zemljišnih beskralješnjaka, pokazalo se da iu ovom slučaju biološka razgradnja Bt usjeva (kukuruz, riža, duhan, pamuk i rajčica) teče mnogo sporije nego u kontroli. To je dokazano značajno nižom količinom ugljika koji napušta eksperimentalne mikrokozmose tla u obliku CO2 u usporedbi s kontrolom.

Smanjena stopa razgradnje transgenih biljnih ostataka zahtijeva daljnje i sveobuhvatno istraživanje, budući da potencijalna šteta od ovog inherentnog svojstva Bt usjeva može imati dugoročne posljedice za okoliš. Osobitosti migracije Cry proteina duž prehrambenih lanaca zahtijevaju još veću pozornost. Konačno, sve je više dokaza da populacije poljoprivrednih štetnika počinju razvijati otpornost na Bt toksine i počinju se hraniti transgenim biljkama.

Otkrivanje Bt toksina u izlučevinama korijena kukuruza, riže i pamuka i njihova dugotrajna postojanost u tlu također sugerira da se moraju poduzeti posebne mjere opreza prije nego se biljke i životinje genetski modificiraju za proizvodnju lijekova (antibiotika, cjepiva, hormona) ), enzimi) i druge biološki aktivne tvari napustit će zidove laboratorija i naći se u manje kontroliranim uvjetima industrijske proizvodnje. Za razliku od Bt biljaka, mete ovih spojeva nisu kukci, već sisavci, uključujući i ljude. Gotovo sve ove tvari su ksenobiotici, ali njihova sposobnost postojanosti u okolišu nije dovoljno proučena. Jasno je, dakle, da se potencijalna šteta uzgoja transgenih biljaka sintetizirajući ih u okolišu ne može ni približno procijeniti.

Popisknjiževnost

1. Saxena D., Stotzky G. Oslobađanje larvicidnih Cry proteina u izlučevinama korijena transgenih Bt biljaka. ISB News Report. veljače 2005. P.1-3.

2. Zwahlen C., Hilbeck A., Gugerli P. et al. // Mol. Ekologija. 2003.V.12. Broj 3. P.765-775.

3. Saxena D., Flores S., Stotzky G. // Soil Biol. i biokemija. 2002. V.34. Str.133-137.

4. Sims S.R., Holden L.R. // Entomologija okoliša. 1996. V.25. P.659-664.

5. Wandeler H., Bahylova J., Nentwig W. // Basic and Applied Ecology. 2002.V.3. broj 4. P.357-365.

6. Saxena D., Stotzky G. // Amer. J. botanike. 2001, V.88. broj 9. P.1704-1706.

7. Poerschmann J., Gathmann A., Augustin J. et al. // J. Okolina. kval. 2005. V.34. broj 5. P.1508-1518.

8. Flores S., Saxena D., Stotzky G. // Soil Biol. i Biochem. 2005. V.37. broj 6. P.1073-1082.

9. Smirnoff W.A., Heimpel A.M. // J. of Insect Pathology. 1961.V.3. broj 403-408.

10. Addison J.A., Holmes S.B. // Kanada. J. of Forest Res. 1996.V.26. P.1594-1601.

11. Ahl Goy P., Warren G., White J. et al. Interakcija kukuruza otpornog na kukce s organizmima u ekosustavu // Proceedings of the Key Biosafety Aspects of Genetically Modified Organisms. 10.-11. travnja 1995. V.309. Str.50-53. Mitteilungen aus der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft, Berlin-Dahlem, Blackwell, Berlin, 1995.

12. Saxena D., Stotzky G. // Soil Biol. i Biochem. 2001b. V.33. P.1225-1230.

13. Zwahlen C., Hilbeck A., Howald R. i sur. // Mol. Ekologija. 2003b. V.12. broj 4. P.1077-1086.

Za izradu ovog rada korišteni su materijali sa stranice http://vivovoco.rsl.ru.

Živi organizmi su bitna komponenta tla. Njihov broj u dobro obrađenom tlu može doseći nekoliko milijardi na 1 g tla, a ukupna masa im može biti i do 10 t/ha.

Većina njih su mikroorganizmi. Dominantna vrijednost pripada biljnim mikroorganizmima (bakterije, gljive, alge, aktinomicete). Životinjski organizmi predstavljeni su protozoama (flagelati, rizopodi, cilijati), kao i crvima. Mekušci i člankonošci (paučnjaci, kukci) prilično su rasprostranjeni u tlu.

Organizmi u tlu uništavaju mrtve ostatke biljaka i životinja koje ulaze u tlo. Jedan dio organske tvari je potpuno mineraliziran, a produkte mineralizacije asimiliraju biljke, dok drugi dio prelazi u oblik humusnih tvari i živih tijela organizama u tlu.

Neki mikroorganizmi (kvržične i slobodnoživuće bakterije koje vežu dušik) asimiliraju atmosferski dušik i njime obogaćuju tlo.

Organizmi u tlu (osobito fauna) pridonose kretanju tvari duž profila tla, temeljitom miješanju organskih i mineralnih dijelova tla.

Najvažnija funkcija organizama u tlu je stvaranje čvrste grudaste strukture tla obradivog sloja. Potonji u odlučujućoj mjeri određuje vodno-zračni režim tla, stvara uvjete za visoku plodnost tla.

Konačno, organizmi tla tijekom svoje vitalne aktivnosti izlučuju različite fiziološki aktivne spojeve, pridonose prijenosu nekih elemenata u mobilni oblik i, naprotiv, fiksaciji drugih u oblik nedostupan biljkama.

U kultiviranom tlu funkcije organizama u tlu svode se na održavanje optimalnog režima ishrane (djelomična fiksacija mineralnih gnojiva s naknadnim oslobađanjem tijekom rasta i razvoja biljaka), strukturiranje tla i uklanjanje nepovoljnih uvjeta okoliša u tlu.

U intenzivnoj poljoprivredi uvjeti okoliša ponekad mogu presudno odrediti efektivnu plodnost tla. Postoje bliske i raznolike veze između svih organizama tla u njemu. Štoviše, cijeli ovaj sustav je u stanju kontinuirane promjene ravnoteže. Neke skupine mikroorganizama imaju jednostavne zahtjeve za hranom, dok druge imaju složene. Između nekih skupina postoje simbiotske (uzajamno korisne) veze, između drugih - antibiotske. Mikroorganizmi u potonjem slučaju ispuštaju u tlo tvari koje inhibiraju razvoj drugih mikroorganizama.

Od praktične je važnosti sposobnost nekih mikroorganizama da imaju štetan učinak na predstavnike fitopatogene mikroflore. Unošenjem organske tvari u tlo moguće je pojačati aktivnost poželjnih mikroorganizama. U tom slučaju dolazi do izbijanja razvoja zemljišnih saprofita, koji pak potiču razvoj mikroorganizama koji inhibiraju fitopatogene vrste. Za normalno funkcioniranje organizama u tlu prije svega su potrebni energija i hranjive tvari. Za veliku većinu mikroorganizama takav izvor energije je organska tvar tla. Dakle, aktivnost mikroflore tla uglavnom ovisi o unosu ili prisutnosti organske tvari u tlu.

Za ocjenu aktivnosti biote tla koristi se pokazatelj "biološka aktivnost tla". Pod biološkom aktivnošću podrazumijeva se, u nekim slučajevima, ukupna biogenost tla, određena, u pravilu, brojanjem ukupnog broja mikroorganizama u tlu. Ako se ima u vidu nesavršenost metoda koje se u ovom slučaju koriste, te mala višestrukost određivanja u vremenu, tada rezultati analize daju približnu sliku biološke aktivnosti tla.

Drugo stajalište o metodama određivanja biološke aktivnosti tla je uzimanje u obzir rezultata aktivnosti organizama u tlu. Ovaj pristup je posebno važan u agronomiji. Međutim, metodološki je teško dovesti pod zajednički nazivnik iznimno raznoliku aktivnost flore i faune tla.

Najuniverzalniji pokazatelj aktivnosti organizama u tlu je njihova proizvodnja ugljičnog dioksida. Stoga je uzimanje u obzir ugljičnog dioksida koji oslobađa tlo najvažnije od ostalih biokemijskih metoda za određivanje biološke aktivnosti tla.

Uvod

Tlo je osnova prirode zemlje. Služi kao stanište za mnoge mikroorganizme, životinje, au njemu su također fiksirani korijeni biljaka i hife gljiva. Primarni čimbenici važni za stanovnike tla su njegova struktura, kemijski sastav, vlažnost i prisutnost hranjivih tvari.

Edafski čimbenici – skup fizikalnih i kemijskih svojstava tla koji mogu utjecati na žive organizme (biljke).

Poznato je da priroda razvoja biljaka i njihova distribucija ovise o edafskim (zemljištima) uvjetima. Međutim, nije uvijek lako odlučiti koja svojstva tla u svakom pojedinačnom slučaju utječu na biljke. Edafski čimbenici uključuju reakciju tla, slani režim tla, vodni, zračni i toplinski režim, gustoću i debljinu tla, njegov granulometrijski sastav, kao i biljke i životinje koje obitavaju u tlu. Općenito, svi edafski čimbenici mogu se podijeliti u dvije skupine: fizikalne i kemijske.

Stupanj i priroda utjecaja svakog od ovih čimbenika vrlo su različiti, većina se tih čimbenika stalno mijenja, stoga je važno uzeti u obzir manifestaciju jednog ili drugog od njih ne samo u određenom trenutku, već i važno je znati njegov cjelokupni režim, njegovu promjenu tijekom cijele godine ili čak nekoliko godina. Stoga je za većinu ovih čimbenika potrebno govoriti o njihovom modusu.

Proučavanje edafskih čimbenika i određivanje njihove uloge u životu biljaka i biote tla je vruća tema, budući da ti čimbenici utječu na organizme koji žive u tlu, igraju važnu ulogu u formiranju plodnosti tla i služe kao jedan od važni čimbenici u formiranju tla.

1. Tlo kao stanište i glavni edafski čimbenici

edafska biljka tla

Tlo je površinski sloj litosfere, čvrstog Zemljinog omotača, u dodiru sa zrakom. Tlo je gusti medij koji se sastoji od pojedinačnih čvrstih čestica različite veličine. Čvrste čestice okružene su tankim slojem zraka i vode. Stoga se tlo smatra trofaznim sustavom.

Površinski sloj tla je dosta rahli. Prožeto je sustavom šupljina i prolaza i sadrži veliku količinu mrtve organske tvari (biljni steljac, humus). To je horizont A - humusno-akumulativni. Dublje je vrlo gusti horizont ispiranja (iluvijal) - B. Njegove krute čestice su cementirane koloidima iz horizonta A. Ispod njega je horizont C - matična (tlotvorna) stijena (slika 1). Mehanička heterogenost horizonata tla određuje specifičnosti abiotskih čimbenika. Dakle, s dubinom u tlu prozračnost se pogoršava. Smanjuje se količina kisika, povećava se sadržaj ugljičnog dioksida, kao i drugih plinova koji nastaju pri raspadu organskih tvari. U gornjim horizontima tla koncentrirane su tvari potrebne za ishranu biljaka - fosfor, dušik, kalcij i mnogi drugi. Svjetlost ne prodire u tlo.

Slika 1 - Horizonti tla

Temperaturna kolebanja (sezonska i dnevna) nisu izražena samo u površinskom sloju tla. Na dubini od 1-1,5 m temperatura je praktički stabilna (4-5°C).

Režim vlage u tlu povoljniji je za životinje nego u tlo-zračnom okruženju, posebice za mikroskopske organizme koji žive u zračno-vodenom sloju između čvrstih čestica tla. Čak iu suhom tlu zadržava se filmska voda koja se nalazi u zraku tla, a prije svega isparava voda koja ispunjava pore (kapilarno) i šupljine tla (gravitacijsko).

Tlo također ima osebujne biološke značajke, jer je usko povezano s vitalnom aktivnošću organizama. Njegovi gornji slojevi sadrže masu biljnog korijenja. U procesu rasta, umiranja i razgradnje rahle tlo i stvaraju određenu strukturu, a ujedno i uvjete za život drugih organizama.

Životinje koje kopaju jame miješaju masu tla, a nakon smrti postaju izvor organske tvari za mikroorganizme. Zbog svojih specifičnih svojstava, tlo obavlja jednu od važnih funkcija u životu raznih organizama u tlu, a prije svega biljaka, osiguravajući im opskrbu vodom i mineralnu ishranu.

Voda se u tlu razlikuje:

a) biološki koristan;

b) biološki beskoristan.

Biološki korisna je voda koja se slobodno kreće kroz kapilare tla i neprekidno opskrbljuje biljke vlagom. Vrijednost tla u opskrbi biljaka vodom je to veća što im lakše daje vodu, što ovisi o strukturi tla i stupnju bubrenja njegovih čestica.

Razlikujte suho tlo:

a) fizički;

c) fiziološki.

Uz fizičku suhoću, tlu nedostaje vlage. To se događa tijekom atmosferske suše, koja se obično opaža u suhim klimama i na mjestima gdje je tlo navlaženo samo zbog padalina. Fiziološka suhoća tla je složeniji fenomen. Nastaje kao posljedica fiziološke nedostupnosti fizički dostupne vode. Biljkama, čak i na vlažnim tlima, može nedostajati vode niske temperature pokrov tla, drugi nepovoljni uvjeti ometaju normalno funkcioniranje korijenskog sustava. Fiziološki suha su i jako zaslanjena tla. Zbog visokog osmotskog tlaka otopine tla, voda zaslanjenih tala mnogim je biljkama nedostupna.

Tlo ima važnu ulogu u mineralnoj ishrani biljaka. Zajedno s vodom u biljke kroz korijenski sustav ulazi niz minerala koji se nalaze u tlu u otopljenom stanju. Međutim, korijenska ishrana biljaka nije jednostavna apsorpcija tvari, već složen biokemijski proces u kojemu posebnu ulogu imaju zemljišni mikroorganizmi čije izlučevine apsorbira korijenski sustav. Stoga većina viših biljaka ima mikorizu, što značajno povećava aktivnu površinu korijena.

Organska tvar tla ima važnu ulogu u rastu i razvoju biljaka. Humus, ili humus, za stanovnike tla glavni je izvor mineralnih spojeva i energije potrebne za život. Određuje plodnost tla i njihovu strukturu. Procesi mineralizacije organske tvari i humusa osiguravaju stalnu opskrbu otopine tla važnim hranjivim tvarima za biljke kao što su dušik, fosfor, sumpor, kalcij, kalij i mikroelementi. Humus služi kao izvor fiziološki aktivnih spojeva (vitamini, organske kiseline, polifenoli) koji potiču rast biljaka. Humusne tvari također osiguravaju vodostabilnu strukturu tla, čime se stvara povoljan vodno-zračni režim za biljke.

Mikroorganizmi, biljke i životinje koje žive u tlu u stalnoj su interakciji kako međusobno, tako i s okolišem. Ti su odnosi vrlo složeni i raznoliki. Životinje i bakterije konzumiraju biljne ugljikohidrate, bjelančevine, masti. Gljive uništavaju celulozu, posebice drvo. Predatori se hrane tkivima svog plijena. Zahvaljujući tim odnosima i temeljnim promjenama fizikalnih, kemijskih i biokemijskih svojstava stijena, u prirodi se stalno odvijaju procesi formiranja tla.

Edafogen (grčka riječ "edafos" znači "zemlja" ili "tlo"), odn edafski faktori - to su svojstva tla koja imaju ekološki utjecaj na žive organizme. Najvažniji čimbenici okoliša koji karakteriziraju tlo kao stanište mogu se podijeliti na fizikalne i kemijske.

Fizički čimbenici uključuju vlažnost, temperaturu, strukturu i poroznost.

Vlažnost , odnosno raspoloživa vlaga za biljke, ovisi o usisnoj moći korijenskog sustava biljaka i o agregatnom stanju same vode. Dio vode u filmu, koji je čvrsto vezan za površinu čestice, praktički je nedostupan. Slobodna voda je lako dostupna, ali brzo odlazi u duboke horizonte, i to prije svega iz velikih pora - brzo pokretna voda, a zatim iz malih pora - sporo pokretna voda, vezana i kapilarna vlaga dugo se zadržava u tlu.

Drugim riječima, dostupnost vlage ovisi o kapacitetu tla za zadržavanje vode. Snaga držanja je to veća što je tlo glinastije i suše. Pri vrlo niskoj vlažnosti, ako je i ostane, onda samo čvrsto vezana voda koja je nedostupna biljkama, te biljka ugine, a higrofilne životinje (gliste) sele se u vlažnije dublje horizonte i tamo padaju u "hibernaciju" do kiše, međutim, mnoge člankonošci su prilagođeni aktivnom životu čak i uz ekstremnu suhoću tla.

Temperatura tlo ovisi o vanjskoj temperaturi, ali zbog niske toplinske vodljivosti tla, temperaturni režim je prilično stabilan i već na dubini od 0,3 m amplituda temperaturnih kolebanja je manja od 2 ° C, što je važno za životinje u tlu - nema potrebe da se krećete gore-dolje u potrazi za ugodnijom temperaturom. Dnevna kolebanja uočljiva su do dubine od 1 m. Ljeti je temperatura tla niža, a zimi viša od temperature zraka.

Struktura i poroznost tlo osigurava dobru aeraciju. Crvi se aktivno kreću u tlu, posebno u glini, ilovači i pjeskovitom, povećavajući poroznost. U gustim tlima prozračivanje je teško i kisik može postati ograničavajući faktor, ali većina organizama u tlu može živjeti u gustim glinenim tlima.

Najvažniji okolišni čimbenici su i kemijski, kao što su reakcija okoliša i slanost.

Reakcija okoline - vrlo važan faktor za mnoge životinje i biljke. U suhoj klimi prevladavaju neutralna i alkalna tla, u vlažnim područjima - kisela.

Posoljena nazivaju tla s viškom sadržaja soli topivih u vodi (kloridi, sulfati, karbonati). Nastaju kao rezultat sekundarne salinizacije tla tijekom isparavanja podzemnih voda, čija se razina podigla do horizonta tla. Među slanim tlima razlikuju se solončaki i soloneti.

2. Uloga tla u životu živih organizama

Zbog navedenih svojstava, tlo osigurava organizmima koji u njemu žive opskrbu vodom i mineralnu ishranu. Nedostatak vode u tlu inhibira organizme u tlu. Suhoću tla obično dijelimo na fizičku i fiziološku. Fizički - tijekom atmosferske suše; fiziološki nastaje kao posljedica fiziološki nedostupne fizički dostupne vode. Dakle, voda nekih močvara, unatoč velikoj količini, nedostupna je biljkama zbog visoke kiselosti i drugih čimbenika. Fiziološki suha su i jako zaslanjena tla.

Zajedno s vodom, korijenski sustav biljaka opskrbljuje ih mineralima, što je uz sudjelovanje mikroorganizama u tlu složen biokemijski proces.

Važnu ulogu u rastu i razvoju biljaka ima organska tvar tla koja se sastoji od proizvoda humifikacije (aerobna razgradnja biljnih i životinjskih ostataka). Nastali humus (humus) glavni je izvor mineralnih spojeva i energije te određuje plodnost i strukturu tla. Humus služi i kao izvor aktivnih fizioloških spojeva (vitamini, organske kiseline). Glavni energetski materijal tla je organska tvar korijena, čija količina određuje brojnost i raznolikost vrsta stanovnika tla.

Veliki doprinos osiguravanju kruženja tvari u tlu daju životinje tla koje ga miješaju i strukturiraju.

Pokrivač tla čini jednu od geofizičkih ljuski Zemlje - pedosfera. U tlu se ukorijenjuju kopnene biljke, žive male životinje, ogromna masa mikroorganizama. Kao rezultat formiranja tla, u tlu se koncentriraju voda i elementi mineralne prehrane koji su vitalni za organizme u obliku njima dostupnih kemijskih spojeva. Dakle, moguće je izdvojiti važne funkcije tla koje su važne u životu živih organizama:

Tlo je najvažniji uvjet za fotosintetsku aktivnost biljaka. Na taj način se na Zemlji akumulira ogromna količina energije. A sada, a vjerojatno i još dugo, upravo će sustav tlo – biljke – životinje biti glavni opskrbljivač transformirane energije Sunca čovječanstvu;

osiguravanje stalne interakcije velikih geoloških i malih bioloških ciklusa tvari, budući da se biogeokemijski ciklusi elemenata, uključujući tako važne biofile kao što su ugljik, dušik, kisik, provode kroz tlo. Ovi elementi u različitim oblicima iu različitim omjerima sudjeluju u sintezi organske tvari u biljkama;

regulacija biosferskih procesa, posebice gustoće i produktivnosti živih organizama na zemljinoj površini. Tlo ima ne samo plodnost, ono također ima svojstva koja ograničavaju vitalnu aktivnost određenih organizama;

u tlu se provode procesi sinteze, biosinteze, javljaju se razne kemijske reakcije transformacije tvari, povezane s vitalnom aktivnošću živih organizama.

Dakle, tlo je uvjet za postojanje života, ali je istovremeno tlo i posljedica života na Zemlji (Slika 2).

Slika 2 - Tlo

3. Odnos organizama prema tlu

3.1 Rasprostranjenost životinja u tlu

Unatoč heterogenosti okolišnih uvjeta u tlu, ono djeluje kao prilično stabilan okoliš, posebno za pokretne organizme. Strmi gradijent temperature i vlažnosti u profilu tla omogućuje životinjama u tlu da si osiguraju prikladno ekološko okruženje kroz manje pokrete.

Heterogenost tla dovodi do činjenice da za organizme različitih veličina ono djeluje kao različit okoliš. Za mikroorganizme je ogromna ukupna površina čestica tla od posebne važnosti jer je velika većina mikroorganizama adsorbirana na njima. Složenost okoliša tla stvara široku raznolikost uvjeta za različite funkcionalne skupine: aerobi, anaerobi, potrošači organskih i mineralnih spojeva. Raspored mikroorganizama u tlu karakterizira mala žarišta, jer se različite ekološke zone mogu zamijeniti kroz nekoliko milimetara.

Prema stupnju povezanosti s tlom kao staništem životinje se dijele u tri ekološke skupine:

geobionti su životinje koje stalno žive u tlu. Cjelokupni ciklus njihovog razvoja odvija se u tlu. Geobionti su gliste (slika 3), mnogi primarni kukci bez krila;

Slika 3 - Kišna glista

geofili - životinje čiji se dio razvojnog ciklusa (češće jedna od faza) nužno odvija u tlu. Ovoj skupini pripada većina insekata: skakavci, određeni broj kornjaša, komarci stonoge (slika 4). Njihove ličinke se razvijaju u tlu. U odrasloj dobi to su tipični kopneni stanovnici;

Slika 4 - Stonoga komarca

3 geoxene - životinje koje povremeno posjećuju tlo radi privremenog skloništa ili skloništa. Geokseni kukaca uključuju žohare, mnoge hemipterane i neke kornjaše koji se razvijaju izvan tla. Ovo također uključuje glodavce i druge sisavce koji žive u jazbinama (Slika 5).

Slika 5 - Krtica

Stanovnici tla, ovisno o veličini i stupnju pokretljivosti, mogu se podijeliti u nekoliko skupina:

A) mikrobiotip, mikrobiota - to su mikroorganizmi tla koji čine glavnu kariku u detritalnom prehrambenom lancu, oni su, takoreći, srednja veza između biljnih ostataka i životinja tla. To uključuje, prije svega, zelenu ( Chlorophyta) i plavo-zelena ( Cyanophyta) alge, bakterije ( bakterije), gljive ( gljive) i najjednostavniji ( Protozoa). U biti, možemo reći da su to vodeni organizmi, a tlo je za njih sustav mikroakumulacija. Žive u porama tla ispunjenim gravitacijskom ili kapilarnom vodom, kao i mikroorganizmi, dio svog života mogu biti u adsorbiranom stanju na površini čestica u tankim slojevima filma vlage. Mnoge od ovih vrsta žive u običnim vodenim tijelima. Istodobno, oblici tla obično su manji od slatkovodnih i, osim toga, odlikuju se sposobnošću da ostanu u enciziranom stanju duže vrijeme, čekajući nepovoljna razdoblja. Dakle, slatkovodne amebe imaju veličinu od 50-100 mikrona, tlo - 10-15 mikrona. Flagele ne prelaze 2-5 mikrona. Trepetljikaši u tlu također su male veličine i mogu uvelike promijeniti oblik tijela.

Za ovu skupinu životinja tlo je predstavljeno kao sustav malih špilja. Nemaju posebne alate za kopanje. Pužu po zidovima zemljanih šupljina uz pomoć udova ili se migolje poput crva. Zrak tla zasićen vodenom parom omogućuje im disanje kroz kožu tijela. Mnoge životinjske vrste u ovoj skupini nemaju trahealni sustav i vrlo su osjetljive na isušivanje. Sredstvo spasa od fluktuacija vlažnosti zraka za njih je seliti dublje. Veće životinje imaju neke prilagodbe koje im omogućuju da toleriraju privremeno smanjenje vlažnosti zraka u tlu: zaštitne ljuske na tijelu, djelomična nepropusnost pokrova i čvrsta debela ljuska. Životinje doživljavaju razdoblja poplave tla vodom, u pravilu, u mjehurićima zraka. Zrak im se zadržava oko tijela zbog nekvašenja kože, koja je kod većine njih opremljena dlačicama i ljuskama. Zračni mjehurić služi kao neka vrsta "fizičke škrge" za malu životinju. Disanje se odvija zahvaljujući difuziji kisika u zračni sloj iz okoline.

Životinje mezobiotipa i mikrobiotipa mogu podnijeti zimsko smrzavanje tla, što je posebno važno, jer većina njih ne može sići iz slojeva izloženih negativnim temperaturama.

C) makrobiotip, makrobiota - to su velike životinje tla, veličine tijela od 2 do 20 mm. Ova skupina uključuje ličinke insekata, stonoge, enhitreide, gliste. Tlo za njih je gusti medij koji pruža značajan mehanički otpor tijekom kretanja. Kreću se u tlu, proširujući prirodne izvore odvajajući čestice tla ili kopajući nove prolaze. Oba načina kretanja ostavljaju trag na vanjskoj građi životinja. Mnoge su vrste razvile prilagodbe na ekološki korisniju vrstu kretanja u tlu - kopanje uz začepljenje prolaza iza sebe.

Razmjena plinova većine vrsta ove skupine provodi se uz pomoć specijaliziranih dišnih organa, ali uz to se nadopunjuje izmjenom plinova kroz integumente. Kod glista i enhitreida primjećuje se samo kožno disanje.

Životinje koje se kopaju mogu napustiti slojeve u kojima nastaju nepovoljni uvjeti. Do zime i tijekom suše koncentriraju se u dubljim slojevima, uglavnom nekoliko desetaka centimetara od površine.

D) megabiotip, megabiota - to su velike iskopine, uglavnom među sisavcima.

Mnogi od njih provedu cijeli život u tlu (zlatne krtice u Africi, krtice voluharice, zokori, krtice Euroazije, tobolčarske krtice Australije, krtice štakori). Oni prave cijele sustave prolaza i rupa u tlu. Prilagodljivost podzemnom načinu života kopanja očituje se u izgledu i anatomskim značajkama ovih životinja: imaju nerazvijene oči, zbijeno valkasto tijelo s kratkim vratom, kratko gusto krzno, snažne kompaktne udove s jakim pandžama.

Ovisno o vrsti podloge (okoliša) razlikuju se sljedeće skupine životinja:

psamofili - životinje koje nastanjuju slobodno tekuće pokretne pijeske. Tipični psamofili uključuju mramorne kornjaše (slika 6), ličinke mravljih lavova i konja, veliki broj himenoptera. Životinje tla koje žive u pokretnom pijesku imaju specifične prilagodbe koje im omogućuju kretanje u rahlom tlu;

Slika 6 - Mramorni hrušč

2 halofili - životinje prilagođene životu na slanim tlima. Obično je u slanim tlima fauna jako osiromašena u kvantitativnom i kvalitativnom smislu. Na primjer, nestaju ličinke kliktaša i kornjaša, a istodobno se pojavljuju specifični halofili, kojih nema u tlima normalne slanosti. Među njima se mogu uočiti ličinke nekih pustinjskih tamnih kornjaša (Slika 7);

Slika 7 - Tamna buba

stanovnici rupa - životinje stalni stanovnici tla. U ovu skupinu životinja ubrajaju se jazavci, svisci, vjeverice, jerboi (slika 8).

Slika 8 - Gopher

Hrane se na površini, ali se razmnožavaju, hiberniraju, odmaraju i bježe od opasnosti u tlu. Brojne druge životinje koriste njihove jazbine, nalazeći u njima povoljnu mikroklimu i sklonište od neprijatelja. Stanovnici rupa, ili norniki, imaju strukturne značajke karakteristične za kopnene životinje, ali istodobno imaju niz prilagodbi povezanih s načinom života koji kopaju. Dakle, za jazavce su karakteristične značajke duge kandže i jaki mišići na prednjim udovima, uska glava i male ušne školjke.

.2 Odnos biljaka prema tlu

Specifične biljne asocijacije nastaju u vezi s raznolikošću stanišnih uvjeta, uključujući uvjete tla, kao i u vezi sa selektivnošću biljaka u odnosu na njih u određenoj krajobrazno-geografskoj zoni. Treba imati na umu da se čak iu jednoj zoni, ovisno o njezinoj topografiji, razini podzemnih voda, izloženosti padina i nizu drugih čimbenika, stvaraju nejednaki zemljišni uvjeti koji utječu na tip vegetacije.

Najvažnije svojstvo tla je njegova plodnost, koja je određena prvenstveno sadržajem humusa, makro- i mikroelemenata (dušik, fosfor, kalij, kalcij, magnezij, sumpor, željezo, bakar, bor, cink, molibden). Svaki od ovih elemenata igra ulogu u strukturi i metabolizmu biljke i ne može se u potpunosti zamijeniti drugim.

Klasifikacija biljaka u odnosu na plodnost tla:

eutrofni (eutrofni), raspoređeni uglavnom na plodnim tlima;

mezotrofna vrsta, srednja skupina;

oligotrofni, sadržaj s malom količinom hranjivih tvari.

Postoji još jedna klasifikacija biljaka u odnosu na kemijski sastav tla:

nitrofili su biljke koje su posebno zahtjevne za povećan sadržaj dušika u tlu. Obično se naseljavaju tamo gdje postoje dodatni izvori organskog otpada, a time i ishrana dušikom. To su čistine (maline, hmelj penjačica) (slika 9), smeće ili vrste koje su pratioci ljudskog boravka (kopriva, amarant). Nitrofili uključuju mnoge biljke kišobrane koje se naseljavaju na rubovima šuma. U masi se nitrofili talože tamo gdje je tlo stalno obogaćeno dušikom, na primjer, kroz životinjski izmet. Na pašnjacima, na mjestima nakupljanja gnoja, mjestimično rastu nitrofne trave (kopriva, amarant);

Slika 9 - Kovrčavi hmelj

2kalcijofili -biljke karbonatnih tala koja sadrže više od 3% karbonata. Kalcij je najvažniji element, ne samo jedan od biljaka neophodnih za mineralnu ishranu, već i važan sastojak tla. Od drveća kalcifilni su sibirski ariš, bukva, jasen (slika 10);

Slika 10 - Jasen

kalcij fobi - biljke koje izbjegavaju tla s visokim sadržajem vapna. To su sphagnum mahovine, močvarni vrijesak. Među vrstama drveća - bradavičasta breza, kesten (slika 11);

Slika 11 - Kesten

Biljke različito reagiraju na kiselost tla. S obzirom na kiselost tla razlikuju se sljedeće vrste biljaka:

acidofili - biljke koje preferiraju kisela tla s niskom pH vrijednošću = 3,5-4,5 (vrijesak, bjelobrada, mala kiselica) (Slika 12);

Slika 12 - Heather

bazifili - biljke alkalnih tala s pH = 7,0-7,5 (podbjel, poljska gorušica) (Slika 13);

Slika 13 - Majka i maćeha

neutrofili - biljke tla s neutralnom reakcijom (livadski lisičji rep, livadna vlasulja) (Slika 14.).

Slika 14 - Livadna vlasulja

Klasifikacija biljaka ovisno o vrsti okoliša:

halofiti - Pozivaju se biljke koje su se prilagodile rastu u tlima s visokim sadržajem soli . Halofiti imaju visok osmotski tlak, što im omogućuje korištenje otopina tla, jer usisna moć korijena premašuje usisnu moć otopine tla. Neki halofiti preko lišća izlučuju višak soli ili ih nakupljaju u tijelu. Stoga se ponekad koriste za proizvodnju sode i potaše. Tipični halofiti su europski soleros, kvrgavi sarsazan (Slika 15);

Slika 15 - Europski soleros

2 glikofite - biljke koje ne podnose slanost tla;

psamofiti - biljke prilagođene rastresitom pokretnom pijesku. Rasuti pijesak biljke u svim klimatskim zonama imaju zajedničke značajke morfologije i biologije, oni su kroz povijest razvili osebujne prilagodbe. Dakle, psamofiti drveća i grmlja, kada se prekriju pijeskom, stvaraju adventivno korijenje. Na korijenju se razvijaju adventivni pupoljci i izdanci ako su biljke izložene puhanju pijeska (bijeli saksal, kandym, skakavci i druge tipične pustinjske biljke) (Slika 16). Neke se psamofite spašavaju od nanošenja pijeska brzim rastom izdanaka, smanjenjem lišća, često se povećava hlapljivost i opružnost plodova. Plodovi se kreću zajedno s pokretnim pijeskom i nisu njime prekriveni. Psamofiti lako podnose sušu zahvaljujući različitim prilagodbama: pokrovima korijena, začepljenju korijena, snažnom razvoju bočnih korijena. Većina psamofita je bez lišća ili ima izrazito kseromorfno lišće. Time se znatno smanjuje transpiracijska površina;

Slika 16 - Kandym

oksilofiti - biljke koje rastu u tresetištu (ledum, rosika) (Slika 17). Treset je posebna vrsta zemljišnog supstrata koji nastaje kao posljedica nepotpunog truljenja biljnih ostataka u uvjetima visoke vlažnosti i otežanog pristupa zraka;

Slika 17 - Ledum

litofiti - biljke koje žive na kamenju, stijenama, siparima, u čijem životu pretežnu ulogu imaju fizikalna svojstva supstrata. U ovu skupinu spadaju prije svega prvi naseljenici mikroorganizama na stjenovitim površinama i stijenama koje se urušavaju: autotrofne alge, lisnati lišajevi, koji izlučuju produkte metabolizma koji pridonose razaranju stijena i tako igraju značajnu ulogu u dugotrajnom procesu formiranja tla. (Slika 18);

Slika 18 - Lisnati lišaj

chasmophytes - prorezne biljke. Hazmofite su vrste iz roda kamenjara, grmlja i vrsta drveća (kleka, bor) (Slika 19). Imaju osebujan oblik rasta (zakrivljeni, puzavi, patuljasti).

Slika 19 - Juniper

4. Uloga mikroorganizama, viših biljaka i životinja u procesima stvaranja tla

4.1 Uloga zelenih biljaka u formiranju tla

Glavnu važnost u formiranju tla imaju zelene biljke, osobito one više. Prije svega, njihova uloga je da je stvaranje organske tvari povezano s fotosintezom, koja se odvija samo u zelenom listu biljke. Upijajući iz zraka ugljični dioksid, vodu, dušik i pepelne tvari iz stijena (kasnije se pretvarajući u tlo), zelene biljke, koristeći energiju zračenja sunca, sintetiziraju razne organske spojeve.

Nakon što biljke uginu, organska tvar koju su stvorile ulazi u tlo i time ga godišnje opskrbljuje elementima pepela i dušika hranom i energijom. Količina akumulirane sunčeve energije u sintetiziranoj organskoj tvari vrlo je velika i iznosi približno 9,33 kcal po 1 g ugljika. S godišnjim padom biljnih ostataka od 1 do 21 tona po 1 ha (što odgovara 0,5-10,5 tona ugljika), u njima se koncentrira oko 4,7-106 - 9,8-107 kcal sunčeve energije. To je doista ogromna količina energije koja se koristi u procesu formiranja tla.

Različite vrste zelenih biljaka - drvenaste i zeljaste - razlikuju se po količini i kvaliteti biomase koju stvaraju te količini njezina unosa u tlo.

Kod drvenastih biljaka godišnje odumre samo dio organske mase nastale tijekom ljeta (iglice, lišće, grane, plodovi), a tlo se obogaćuje organskom tvari uglavnom s površine. Drugi dio, često značajniji, ostaje u živoj biljci, kao materijal za zadebljanje stabljike, grana i korijena.

Kod zeljastih jednogodišnjih biljaka vegetativni organi postoje jednu godinu i biljka svake godine odumire, s izuzetkom zrelog sjemena; višegodišnje zeljaste biljke imaju podzemne izdanke s čvorovima bokorenja, rizome i sl. iz kojih se sljedeće godine razvija novi nadzemni dio biljke s novim korijenovim sustavom. Stoga zeljasta vegetacija unosi organsku tvar u tlo u obliku godišnje odumrlih nadzemnih dijelova i korijenja. Mahovine, koje nemaju korijenov sustav, obogaćuju tlo organskom tvari s površine.

Priroda unosa biljnih ostataka u tlo određuje daljnji tijek pretvorbe organskih spojeva, njihovu interakciju s mineralnim dijelom tla, što utječe na formiranje profila tla, sastav i svojstva tla.

Najveća akumulacija organske tvari događa se u šumskim zajednicama. Dakle, u smrekovim šumama sjeverne i južne tajge ukupna biomasa iznosi 100-330 tona po 1 ha, u borovim šumama - 280, u hrastovim šumama - 400 tona po 1 ha. Još veća masa organske tvari formira se u suptropskim i vlažnim zimzelenim tropskim šumama - više od 400 tona po 1 ha.

Zeljastu vegetaciju karakterizira znatno manja produktivnost. Sjeverne livadske stepe povećavaju biomasu do 25 tona po 1 ha, u suhim stepama to je 10 tona, au polu-žbunastim pustinjskim stepama ta se vrijednost smanjuje na 4,3 tone.

U arktičkoj tundri biomasa je na razini pustinjskih zajednica, dok u grmljenoj tundri doseže razinu livadskih stepa.

Veličina organske mase koja ulazi u tlo određena je tipom vegetacije i godišnjom količinom stelje, koja ovisi o rastu i odnosu nadzemne mase i korijena. Dakle, u šumi smreke prosječna godišnja biljna stelja je 3,5-5,5 tona po 1 ha, u borovoj šumi - 4,7, u šumi breze - 7,0, u hrastovoj šumi - 6,5 tona po 1 ha.

U suptropskim i tropskim šumama godišnji otpad je vrlo velik - 21-25 tona po 1 ha.

U livadskim stepama, godišnji otpad iznosi 13,7 tona po 1 ha, u suhim stepama - 4,2 tone, u pustinjskim, polu-grmovim stepama - 1,2 tone na korijenskom sustavu trava. Time se u određenoj mjeri objašnjava velika zaliha humusa u tlu ispod travnate vegetacije.

Velika uloga zelenih biljaka u formiranju tla leži u činjenici da njihova životna aktivnost određuje jedan od najvažnijih procesa - biološku migraciju i koncentraciju elemenata pepela i dušika u tlu, a zajedno s mikroorganizmima - biološki ciklus tvari u tlu. priroda.

Pod šumama umjerenog pojasa, potrošnja i godišnji prinos sa steljom sume elemenata pepela i dušika iznose 118-380, odnosno 100-350 kg po 1 ha. Istodobno, šume breze i hrasta stvaraju intenzivniji promet tvari nego šume bora i smreke. Stoga će tla formirana ispod njih biti plodnija.

Pod livadskim zeljastim zajednicama količina elemenata pepela i dušika uključenih u biološki ciklus mnogo je veća nego u raznim tipovima šuma umjerenog pojasa, a potrošnja i vraćanje tvari sa steljom u tlo su uravnoteženi i iznose oko 682 kg po 1. Ha. Naravno, tla pod livadskim stepama su plodnija od onih pod šumama.

Na procese razgradnje organskih ostataka uvelike utječe njihov kemijski sastav.

Organski ostaci sastoje se od raznih pepelnih elemenata, ugljikohidrata, bjelančevina, lignina, smola, tanina i drugih spojeva, a njihov sadržaj u leglu različitih biljaka nije isti. Svi dijelovi većine vrsta drveća bogati su taninima i smolama, sadrže mnogo lignina, malo pepelnih elemenata i bjelančevina. Stoga se ostaci drvenastih biljaka sporo i uglavnom razgrađuju gljivama. Za razliku od drveća, zeljasta vegetacija, osim nekoliko izuzetaka, ne sadrži tanine, bogatija je bjelančevinastim tvarima i elementima pepela, zbog čega ostaci ove vegetacije lako podliježu bakterijskoj razgradnji u tlu.

Osim toga, postoje i druge razlike između ovih skupina biljaka. Dakle, sve drvenaste biljke odlažu mrtve listove, iglice, grane, mladice tijekom godine, uglavnom na površini tla. Drveće ostavlja relativno mali dio mrtve organske tvari u sloju tla tijekom godine, budući da je njihov korijenski sustav višegodišnji.

Zeljaste pak biljke, kod kojih godišnje odumiru svi nadzemni vegetativni organi i djelomično korijenje, talože mrtvu organsku tvar i na površini tla i na različitim dubinama.

Zeljastu vegetaciju dijelimo u tri skupine: livadsku, stepsku i močvarnu.

U livadnim biljkama - livadnoj travi, ježevi, plavoj travi, vlasulji, lisičjem repu, raznim djetelama i drugim višegodišnjim travama - nadzemna masa svake godine odumire početkom zime s pojavom upornih mrazova.

Stepska vegetacija izumire uglavnom ljeti zbog fizičke suhoće tla. Do tog vremena stepska flora obično dovršava svoj razvojni ciklus i proizvodi održivo sjeme. Biljni ostaci padaju u uvjete nedovoljne vlažnosti tla, tj. u uvjete suprotne onima u kojima se organska masa livadne vegetacije nalazi u trenutku uginuća. U kasnu jesen, do početka odumiranja livadne vegetacije, sve praznine u tlu u pravilu su ispunjene vodom, au vezi s tim pristup zraka tlu potpuno je zaustavljen. I livadske biljke nalaze se u sličnim uvjetima u proljeće, kada se tlo otopi, dok količina vode u tlu dostiže maksimum, a količina zraka minimum. Razgradnja biljnih ostataka, dakle, teče bez pristupa zraku, sporo, što dovodi do nakupljanja organske tvari u tlu.

Još sporije se razgrađuju ostaci močvarne vegetacije, doživljavajući stalnu višak vlage.

Ali koliko god se pojedine skupine zelenih biljaka na ovaj ili onaj način međusobno razlikuju, njihov glavni značaj u formiranju tla svodi se na sintezu organske tvari iz mineralnih spojeva. Organsku tvar, koja ima važnu ulogu u plodnosti tla, mogu stvoriti samo zelene biljke.

.2 Uloga mikroorganizama u formiranju tla

Uz zelene biljke, mikroorganizmi imaju važnu ulogu u procesu formiranja tla. To su pretežno jednostanični organizmi bez klorofila koji nisu sposobni za izravnu asimilaciju Sunčeve energije i u velikoj većini potrebnu energiju crpe razgradnjom gotovih organskih tvari koje stvaraju više zelene biljke.

Dakle, djelovanje mikroorganizama suprotno je djelovanju zelenih biljaka: dok zelene biljke sintetiziraju organsku tvar iz mineralnih spojeva, vode i ugljičnog dioksida, niži organizmi tu organsku tvar razgrađuju na sastavne dijelove, koristeći pritom oslobođenu energiju za svoje životna aktivnost.

Mikroorganizmi su sveprisutni u prirodi. Nalaze se u tlu i zraku, na visokim planinama i golim stijenama, u pustinji i u dubinama Arktičkog oceana.

Razvoj mikroorganizama u tlu usko je povezan s organskom tvari: što je tlo bogatije biljnim ostacima, to sadrži više mikroorganizama. Posebno su njima bogata kulturna, dobro obrađena i stajskim gnojem gnojena tla.

1 g buseno-podzoličnog tla sadrži 300-400 milijuna bakterija; tla kestena - 1-1,5 milijardi; černozemi, vrlo bogati organskom tvari - 2-3 milijarde.Unatoč neznatnoj veličini mikroorganizama, njihova ukupna težina u tlu često doseže 1-3 tone po 1 ha.

Mikroorganizmi su neravnomjerno raspoređeni u sloju tla. Njima su najbogatiji gornji slojevi tla u rasponu od oko 30-40 cm, s dubinom se broj mikroorganizama postupno smanjuje.

Korijenski sustav biljaka ima veliki utjecaj na raspored mikroflore u tlu. Neprestano otpušta razne vrste organskih i mineralnih spojeva u okoliš, koji služe kao dobar izvor prehrane za mikroorganizme. U zoni korijena biljaka obično se stvaraju najpovoljniji režim vode i zraka za mikroorganizme. Ova zona korijena naziva se rizosfera. U njemu je broj mikroorganizama stotinama, a ponekad i tisućama puta veći nego izvan zone korijena. Mikroorganizmi pokrivaju korijenski sustav biljaka u gotovo neprekidnom sloju. Bogatstvo mikroflore u rizosferi iu cijelom sloju tla igra važnu ulogu u razvoju plodnosti tla.

U mikroorganizme spadaju bakterije koje se dijele na:

autotrofne bakterije, apsorbiraju ugljik iz ugljičnog dioksida, koristeći energiju oksidacije pojedinih mineralnih spojeva (kemoautotrofi);

heterotrofne bakterije, koriste energiju Sunca, provode fotosintezu (fotoautotrofi).

Organski spojevi koji sadrže dušik kao rezultat procesa amonifikacijapod utjecajem razgradnje pomoću bakterija stvaraju amonijak. Tlo ga može djelomično apsorbirati, pretvarajući se u nitrate ili u molekularni dušik. U procesu nitrifikacijaamonijak se u početku pretvara u dušikastu kiselinu, a kasnije u dušičnu kiselinu. Dušična kiselina spaja se s bazama u tlu dajući nitrate, koje biljke koriste kao hranu za dušik.

Bakterije koje fiksiraju dušik imaju veliku važnost u poboljšanju plodnosti tla. Dijele se na:

slobodnoživuće bakterije koje sudjeluju u razgradnji organske tvari do minerala;

kvržične bakterije koje nastanjuju stanice na korijenu mahunarki (djetelina, grah), uslijed čega dolazi do mikrobiološkog nakupljanja dušika iz atmosfere;

heterotrofne bakterije koje apsorbiraju ugljik iz gotovih organskih spojeva, razlažući složene spojeve na jednostavne. U vezi s njihovom aktivnošću, mrtva organska tvar se uništava uz stvaranje mineralnih tvari (reduktora). Kao rezultat biokemijskih transformacija, dušik sadržan u proteinima organskih tvari, pod utjecajem heterotrofnih bakterija, postaje dostupan za apsorpciju biljaka.

Mikroorganizmi koji razgrađuju organske ostatke u tlu dijele se u tri glavne skupine: aerobne bakterije, anaerobne bakterije i gljive.

Aerobne bakterije mogu živjeti i razmnožavati se samo uz slobodan pristup zraku. Neadekvatna opskrba zrakom ima depresivni učinak na vitalnu aktivnost ovih bakterija, a potpuni prestanak pristupa zraku uzrokuje smrt.

Anaerobne bakterije razvijaju se u nedostatku slobodnog kisika. Anaerobi se dijele na:

a) obligatni anaerobi (lat. obligatus - obavezan, neophodan), koji mogu živjeti samo kad totalna odsutnost kisik;

c) fakultativni anaerobi (pfacultatif - moguće, izborno), sposobni živjeti i u odsutnosti kisika iu njegovoj prisutnosti.

Za disanje, anaerobne bakterije koriste kisik iz različitih oksidiranih spojeva, dok obavljaju rad oporavka. Stoga su procesi oporavka vrlo karakteristični za anaerobne uvjete tla.

U rahlim, dobro prozračenim tlima uvijek prevladava aerobni proces razgradnje organske tvari. Naprotiv, u zbijenim, teškim ili natopljenim tlima, uz kontinuiranu pojavu organske tvari, neizbježno će dominirati anaerobni procesi. U gornjim slojevima tla, gdje zrak slobodno prodire, odvijaju se uglavnom aerobni procesi, u donjim slojevima s otežanom izmjenom plinova - anaerobni. Štoviše, u svakoj pojedinačnoj, manje ili više zbijenoj, grudici tla mogu se istovremeno odvijati oba procesa: anaerobni unutar grumena, aerobni u površinskim dijelovima.

Aerobni proces je popraćen oslobađanjem toplinske energije, anaerobni proces se odvija bez zamjetnog povećanja temperature.

Povoljni uvjeti za kultivirane biljke mogu se stvoriti u tlu samo uz istovremeni razvoj aerobnih i anaerobnih procesa, što je moguće samo u rahlim tlima s dobrom prozračnošću.

4.3 Alge i lišajevi u procesu formiranja tla

U mikroflori tla značajno mjesto zauzimaju alge (tablica 1). Najčešće se u tlu nalaze flagele, zelene, plavo-zelene i dijatomeje. Alge su aktivno uključene u procese trošenja stijena i minerala, poput kaolinita, razlažući ovaj mineral na slobodni silicij i aluminijeve okside. Budući da su organizmi koji sadrže klorofil, sposobni su za fotosintezu i stoga obogaćuju sloj tla određenom količinom organske tvari.

Također treba napomenuti da lišajevi, složeni simbiotski organizmi koji se sastoje od gljiva i algi, sudjeluju u procesu formiranja tla. Lišajevi mogu rasti izravno na stijenama i stijenama, pa su obično pioniri biljnog svijeta na izloženim površinama stijena. Većina lišajeva prodire u stijensku masu uz pomoć gljivičnih hifa i uzrokuje aktivno uništavanje svih stijena koje izađu na površinu.

Količina algi u nekim tlima (u 1 g tla)

TloCijanobakterijeZeleneDijatome Ukupno Podzolic0-2.03.0-25.02.0-7.55.0-30.0Sod-podzolic2.0-24.010.0-128.010.0-76.012.0-220.0Černozemi5.0-50.010.0- 85.08.0-35.025.0 -120.0 Tamni kesten 660.0-2000.06.0-35.086.0-116.0800.0-2160.0 Smeđa suha stepa 43.037.015.096.0

4.4 Gljivična mikroflora u tlu

Uz bakterije, gljive imaju važnu ulogu u procesima formiranja tla. Gljivična mikroflora u tlu vrlo je raznolika i zastupljena je velikim brojem vrsta.

Mnoge vrste gljiva sposobne su formirati mikorizu na korijenju zelenih biljaka (grč. mykes - gljiva, rhiza - korijen), uzrokujući poseban mikotrofni (grč. mykes - gljiva, trophe - hrana) tip ishrane korijena biljaka. Mikorizanaziva suživot mnogih biljaka s posebnim gljivama tla, zvanim mikoriznim. Među drvenastim biljkama najrasprostranjenije su mikorizne gljive. Svaku vrstu biljke karakterizira određena vrsta gljive.

Sva mikroflora gljiva vrlo je zahtjevna za kisikom, stoga su površinski slojevi tla najbogatiji gljivicama. Procesi razgradnje celuloze, masti, lignina, proteina i drugih organskih spojeva povezani su s vitalnom aktivnošću gljiva u tlu.

Aktinomicete također imaju značajnu ulogu u razgradnji organske tvari. Aktinomicete ili zračne gljive prijelazni su oblik između bakterija i gljiva.

Kolonije aktinomiceta često su pigmentirane i obojene u ružičastu, crvenu, zelenkastu, smeđu i crnu boju. Sve aktinomicete su tipični aerobi i najbolje se razvijaju uz slobodan pristup zraku. Aktivno se razgrađuju bez dušičnih i dušikovih organskih tvari, uključujući najpostojanije spojeve koji čine humus.

4.5 Uloga životinja u formiranju tla

životinje tlasudjeluju u pretvorbi organske tvari (slika 20). Taj se proces događa u sustavu prehrambenih odnosa, u sustavu proizvođač – potrošač (I-II narudžbe) – razlagači.

Od životinja u tlu potrebno je istaknuti gliste. Široko su rasprostranjeni u prirodi i dio su biocenoza različitih prirodnih zona. Na području Rusije i susjednih zemalja zabilježeno je više od 80 vrsta ovih životinja. Na nekiselim livadskim i šumskim tlima broji do 1 milijun jedinki na 1 ha, a mogu činiti do 90% i više zoomase tla. Za njih su pogodna dovoljno vlažna tla, ali bez stajaće vode, salinizacije i visoke kiselosti, stoga ima mnogo glista u tlima lisnatih šuma (do 500 po 1 m²) i livadskih stepa (preko 100 po 1 m²). Ovdje u razdoblju od 30 do 200 godina potpuno obrade sloj tla od 20 cm. Jedan crv godišnje iznosi do 400 g progutane mješavine organskih ostataka i mineralnih čestica. Oni ne samo da recikliraju otpad, već također imaju značajan izravan i neizravan učinak na sve komponente tla. Prodirući u tlo prolazima, poboljšavajući njegovu prozračnost, vodopropusnost i kapacitet vlage, gliste stvaraju povoljne uvjete za razvoj kako biljaka, tako i raznih organizama u tlu koji sudjeluju u razgradnji organske tvari. Hranjeći se mrtvim biljnim organima i životinjskim izmetom, gujavice gutaju i mnoge bakterije, gljivice, protozoe i nematode. Sudjelujući u razgradnji stočnog izmeta na pašnjacima, djelomično ga prenose u dubinu tla, obogaćujući te slojeve. Zidovi njihovih prolaza impregnirani su izlučevinama crva koji sadrže amonijak i ureu; tako da se ukupna količina unesenog dušika u tlo kreće od 18 do 150 kg/ha. I luče gliste kaprolitisu dosta otporni agregati koji doprinose stvaranju grudaste strukture tla. Sve to poboljšava životne uvjete biljaka, što je više puta dokazano mnogim pokusima.

U sušnim krajevima očituje se aktivnost mrava i termita. Godišnje termiti na površinu iznesu do 109 kg/ha mase tla. Životinje koje kopaju jame pomažu u miješanju tla i stvaranju povoljnog vodno-zračnog režima. Veliki i drugačiji kopanje (svizci, tetulji, krtice, voluharice) imaju figurativni učinak na tlo. Oni mijenjaju mikroreljef, povećavaju površinu kontakta tla sa zrakom, doprinose prodoru oborina u njega i poboljšavaju uvjete za mineralizaciju organske tvari. Sve to ima pozitivan učinak na biljke, probijajući se kroz tlo, bageri izvode supstrat koji se razlikuje po svojstvima od dubine do površine.

Slika 20 - Organizmi u tlu

5. Značenje edafskih čimbenika u rasprostranjenosti životinja i biljaka

Specifične biljne asocijacije nastaju u vezi s raznolikošću stanišnih uvjeta, uključujući i tlo, kao i u vezi sa selektivnošću biljaka u odnosu na njih u određenoj krajobrazno-geografskoj zoni. Treba imati na umu da se čak iu jednoj zoni, ovisno o njezinoj topografiji, razini podzemnih voda, izloženosti padina i nizu drugih čimbenika, stvaraju nejednaki zemljišni uvjeti koji utječu na tip vegetacije. Dakle, u stepi pernate trave i vlasulje uvijek možete pronaći područja u kojima dominira perna trava ili, obrnuto, vlasulja. Zato su tipovi tla snažan čimbenik u rasprostranjenosti biljaka.

Kopnene životinje manje su pod utjecajem edafskih čimbenika. Istodobno, životinje su usko povezane s vegetacijom, a ona igra odlučujuću ulogu u njihovoj distribuciji. Međutim, čak i među velikim kralješnjacima lako je pronaći oblike koji su prilagođeni određenim tlima. To je posebno karakteristično za faunu glinenih tala s tvrdom površinom, slobodnog pijeska, vlažnih tla i tresetišta. U bliskoj su vezi s uvjetima tla ropeći oblici životinja. Neki od njih su prilagođeni gušćim tlima, drugi mogu probiti samo lagana pjeskovita tla. Tipične životinje u tlu također su prilagođene različite vrste tla. Na primjer, u srednjoj Europi zabilježeno je do 20 kornjaša koji su rasprostranjeni samo na slanim ili alkalnim tlima. U isto vrijeme, životinje u tlu često imaju vrlo širok raspon i nalaze se u različitim tlima. Glista dostiže veliku brojnost u tlima tundre i tajge, u tlima mješovitih šuma i livada, pa čak iu planinama. To je zbog činjenice da su u distribuciji stanovnika tla, osim svojstava tla, od velike važnosti njihov evolucijski stupanj i veličina tijela. Tendencije prema kozmopolitizmu jasno su izražene kod malih oblika: bakterija, gljiva, protozoa, mikroartopoda (krpelja) i zemljišnih nematoda.

Po nizu ekoloških svojstava tlo je srednji medij između kopnenog i vodenog. Prisutnost zraka u tlu, opasnost od isušivanja u gornjim horizontima i prilično oštre promjene temperaturnog režima površinskih slojeva približavaju tlo zračnom okruženju.

Tlo se vodenom okolišu približava svojim temperaturnim režimom, smanjenim sadržajem kisika u zraku tla, njegovom zasićenošću vodenom parom i prisutnošću vode u drugim oblicima, prisutnošću soli i organskih tvari u otopinama tla te sposobnost kretanja u tri dimenzije. Kao iu vodi, u tlu su vrlo razvijene kemijske međuovisnosti i međusobni utjecaji organizama.

Srednja ekološka svojstva tla kao staništa životinja omogućuju zaključak da je tlo imalo posebnu ulogu u evoluciji životinjskog svijeta. Na primjer, za mnoge skupine člankonožaca, u procesu povijesnog razvoja, tlo je bilo medij kroz koji su tipični vodeni organizmi mogli prijeći na kopneni način života i naseliti kopno.

Zaključak

Tlo je stabilno stanište u kojem se temperatura i vlaga uvijek glatko mijenjaju. Tlo je zasićeno organizmima, čiji je broj ogroman, zbog fizikalnih i kemijskih svojstava, mehaničkog sastava. Biljke, životinje, mikroorganizmi koji žive u tlu u stalnoj su interakciji jedni s drugima i s okolišem. Stoga je organizmima dovoljno lagano kretanje da pronađu povoljne životne uvjete. Složenost okoliša tla stvara široku raznolikost uvjeta za široku paletu organizama. Tlo je zasićeno raznim hranjivim tvarima koje su neophodne za razvoj biljaka i životinja. Neizostavna je poveznica između kopnenog i vodenog okoliša. Biološki odnos između tla i čovjeka ostvaruje se uglavnom metabolizmom. Tlo je, takoreći, opskrbljivač mineralima potrebnim za metabolički ciklus, za rast biljaka koje konzumiraju ljudi i biljojedi, a koje zauzvrat jedu ljudi i mesojedi. Dakle, tlo daje hranu mnogim predstavnicima biljnog i životinjskog svijeta.

Glavna funkcija tla je osigurati život na Zemlji. To je određeno činjenicom da su upravo u tlu biogeni elementi potrebni organizmima koncentrirani u oblicima njima dostupnih kemijskih spojeva. Osim toga, tlo ima sposobnost akumulirati rezerve vode potrebne za život proizvođača biogeocenoza, također u njima dostupnom obliku, ravnomjerno ih opskrbljujući vodom tijekom cijele vegetacije. Konačno, tlo služi kao optimalna sredina za ukorjenjivanje kopnenih biljaka, stanište kopnenih beskralješnjaka i kralješnjaka te raznih mikroorganizama.

Popis korištenih izvora

1 Edafski čimbenici i njihova uloga u životu biljaka i biote tla [Elektronički izvor]. Način pristupa: http://yandex.by.ru Datum pristupa - 08.02.2013

Shamileva, I.A. Ekologija / I.A. Šamiljev. - M., 2004. - 144 str.

Rassashko, I.F. Opća ekologija: tekstovi predavanja / I.F. Rassashko, O.V. Kovaleva, A.V. Lopov. - Gomel, 2010. - 252 str.

Stepanovskikh, A.S. Opća ekologija / A.S. Stepanovski. - M.: UNITI-DANA, 2002. - 510 str.

Korobkin, V.I. Ekologija / V.I. Korobkin, L.V. Peredelsky. - Rostov-n / D .: Phoenix, 2010. - 602 str.

Edafski čimbenici i njihova uloga u životu biljaka i biote tla [Elektronički izvor]. Način pristupa: http://ychebalegko.ru. Datum pristupa - 08.02.2013

Edafski čimbenici i njihova uloga u životu biljaka i biote tla [Elektronički izvor]. Način pristupa: http://ecology-online.ru. Datum pristupa - 08.02.2013

Edafski čimbenici i njihova uloga u životu biljaka i biote tla

Stepanovskikh, A.S. Ekologija: udžbenik za sveučilišta / A.S. Stepanovski. - M.: UNITI-DANA, 2001. - 703 str.

Edafski čimbenici i njihova uloga u životu biljaka i biote tla [Elektronički izvor]. Način pristupa: http://greenfuture.ru. Datum pristupa - 08.02.2013

Edafski čimbenici i njihova uloga u životu biljaka i biote tla [Elektronički izvor]. Način pristupa: http://botcad.ru. Datum pristupa - 08.02.2013

Meshechko, E.N. Fizička geografija / E.N. Meshechko, V.P. Shpetny; izd. E.N. torbica. - Minsk, 2012. - 416 str.

Tloznanstvo s osnovama geologije: udžbenik / ur. A.I. Gorbylev. - Minsk, 2002. - 106 str.

Podučavanje

Trebate li pomoć u učenju teme?

Naši stručnjaci će vam savjetovati ili pružiti usluge podučavanja o temama koje vas zanimaju.
Pošaljite prijavu naznačite temu upravo sada kako biste saznali o mogućnosti dobivanja konzultacija.

Uvod

1. Stanje pitanja koje se proučava 11

2. Uvjeti formiranja tla na području južnog dijela zapadnog Sibira 38

2.1. Tlotvorne i podložne stijene 38

2.2. podzona subtaiga 41

2.3. Podzona sjeverne šumske stepe 48

2.4. Vegetacija kao faktor formiranja tla 56

2.5. Metodologija istraživanja i eksperimentalne sheme 61

3. Populacija mikročlankonožaca u poljoprivrednim krajolicima subtaige i sjeverne šumske stepe 70

3.1. Sastav vrsta oklopnih grinja u prirodnim biocenozama poljoprivrednih krajolika 70

3.2. Populacija mikroartropoda agrocenoza podzone sjeverne šumske stepe 87

3.3. Sezonska dinamika brojnosti mikroartropoda u agrocenozama podzone sjeverne šumske stepe 95

3.4. Struktura populacije mikroartropoda u agrocenozama podzone subtaige 113

4. Biologija dominantne vrste oklopnih grinja u agrocenozama subtaige i sjeverne šumske stepe 132

4.1. Biologija oklopne grinje Oppiella nova (Oudemans) 133

4.2. Biologija oklopne grinje Tectocepheus velatus Mich 140

4.3. Biologija oklopne grinje Scheloribates laevigatus (C.L.Koch.).. 148

4.4. Karakteristike ishrane Oppiella nova (Oudemans), Tectocepheus velatus Mich i Scheloribates laevigatus (C.L.Koch.) 155

5. Biološki pokazatelji u osiguranju formiranja plodnosti tla 174

5.1. Utjecaj strukture populacije i dinamike populacije mikroartropoda na razgradnju organskih gnojiva 182

5.2. Proizvodnja vermikomposta i njen utjecaj na strukturu populacije mikroartropoda 257

6. Utjecaj glavnih elemenata sustava uzgoja na mikroartropode tla i poboljšanje agrofizičkih pokazatelja plodnosti tla 294

Zaključci 354

Književnost 361

Dodatak 407

Uvod u posao

U ekološkom i ekonomskom sustavu poljoprivrede najvažnija komponenta je zemljište. Njegova kakvoća, mogućnost povećanja njegove produktivnosti i reprodukcije prirodne plodnosti izravno ili neizravno utječu na razvoj cijele industrije u cjelini.

Tlo predstavlja posebnu složenu biogenu ljusku zemaljske kugle koja prekriva kopno kontinenata; ono je samoregulirajući sustav koji uključuje minerale, organsku tvar i brojne žive stanovnike od mikroorganizama do crva i insekata.

Iscrpljivanje tala i njihovo zasićenje tehnogenim i antropogenim zagađivačima dovodi do činjenice da plodni sloj tla gubi jednu po jednu one komponente koje ga čine jedinstvenim sustavom koji osigurava složene procese mineralizacije i demineralizacije tvari, pretvorbu energije, samopročišćavanje i samoreprodukcija. Dehumifikacija se jasno očitovala u područjima gdje postoje kršenja plodoreda, neuspjeh u primjeni tehnologije uzgoja usjeva, nerazumno tehnogeno opterećenje tla i nepoštivanje zakona povratka hranjivih tvari u tlo (Abramov, 1995, 2003; Kiryushin). , 2000). U poljoprivredi se razvila stalna negativna bilanca hranjivih tvari, što je postalo jedan od vodećih uzroka naglog pada produktivnosti obradivih površina. Za rješavanje ovog problema potreban je učinkovit sustav organizacijskih i agronomskih mjera, uključujući mjere koje omogućuju optimizaciju prehrane biljaka povećanjem plodnosti tla.

Utvrđeno je da je za održavanje optimalne razine plodnosti tla u Rusiji potrebno godišnje primijeniti najmanje 1/6 milijuna tona a.i. na polja. mineralnih i do 1 milijarde tona organskih gnojiva (Milashchenko, 1999).

Prirodna agronomska opravdanost reprodukcije plodnosti tla temelji se na eksperimentalno utvrđenim i teorijski cjelovito obrazloženim odredbama o prvenstvu i nužnosti plodnosti u stvaranju usjeva, njezinoj materijalnoj, energetskoj i ekološkoj važnosti. Koncentrirani izraz suštine i značenja plodnosti tla u poljoprivredi je koncept jedinstva biljke i tla, kao i zakon povrata - posebna manifestacija univerzalnog zakona očuvanja materije i energije.

Teorijska osnova za dijagnosticiranje plodnosti tla i razvoj sustava za upravljanje njome je ideja o plodnosti kao složenom kibernetičkom sustavu kojeg karakteriziraju sljedeće značajke: višedimenzionalnost, veliki broj međusobno povezanih parametara uključujući i kvantitativne i kvalitativne itd.), njihova varijabilnost u vremenu i prostoru, kako zbog samorazvoja, tako i zbog upravljačkog utjecaja geosustava, čiji su dio (Aparin, 1979, 1997).

Važan element u sustavu poljoprivrede u zapadnom Sibiru je obrada tla. Općeprihvaćeni sustav osnovne obrade tla za sjevernu šumsku stepu i subtaigu je daska, koja promiče mineralizaciju organske tvari i, bez dodatnih mjera za obnovu plodnosti tla, ne osigurava reprodukciju humusa, posebno u posljednje vrijeme, kada se upotreba gnojiva je praktički prestala. Kontrola plodnosti tla je pogoršana.

Zadatak povećanja i održavanja plodnosti tla jedan je od najhitnijih zadataka ljudske praktične djelatnosti i jedan od najtežih problema s kojima se znanost suočava.

Moderne ideje o tlu temelje se na odredbama V.V. Dokuchaeva i P.A. Kostycheva o iznimnoj ulozi živih organizama u formiranju i životu tla.

Plodnost većine tala uglavnom ovisi o dinamici žive i mrtve organske tvari, koja ima odlučujuću ulogu u procesima formiranja tla, stvaranju optimalnih fizikalno-kemijskih svojstava tla, opskrbi biljaka mineralnim hranjivima i biološki aktivnim tvarima. Razmjer abiotskih procesa u tlu je nesamjerljivo mali u usporedbi s procesima koji su određeni vitalnom aktivnošću viših biljaka, mikroorganizama i životinja (Kononova, 1963; Tyurin i Kononova, 1963).

Donedavno se u ciklusima tvari u kopnenim biogeocenozama uzimalo u obzir sudjelovanje autotrofnih i heterotrofnih organizama, koji su uglavnom uključivali mikroorganizme koji mineraliziraju biljne ostatke i obnavljaju rezerve mineralnih hranjiva u tlu. Životinje su promatrane kao konzumenti – konzumenti organske tvari koju stvaraju biljke. Istraživanja MS Gilyarova pokazala su da je podjela heterotrofnih organizama na konzumente i razlagače vrlo proizvoljna, a aktivnost beskralješnjaka mnogo značajnija nego što se mislilo (Kurcheva, 1965, 1971).

Saprofagi u tlu ubrzavaju mikrobiološku truljenje usitnjavanjem biljnih ostataka i povećanjem njihove ukupne površine dostupne djelovanju mikroflore čijem naseljavanju pridonose. Saprofagi miješaju organski dio tla s mineralnim, propuštajući tu smjesu kroz svoja crijeva i tako sudjeluju u stvaranju zrnaste strukture tla. Aktivnim kretanjem beskralješnjaka poboljšava se drenaža i prozračivanje dubokih horizonata tla, u njima se intenziviraju mikrobiološki procesi. Takva aktivnost zemljišnih beskralješnjaka ukazuje da je to jedan od moćnih čimbenika u kruženju tvari i procesima formiranja tla (Gilyarov, 1971, Gilyarov, Striganova, 1978, Kurcheva, 1971).

U tlu živi veliki broj beskralježnjaka: protozoe, rotiferi, tardigrade, nematode, enchitreidi, gliste, mekušci, šumske uši, stonoge, grinje i insekti. Oni čine 25 -30% ukupne biomase organizama koji obitavaju u tlu; preostalih 70 - 75% su bakterije, aktinomicete i gljive (Dunger, 1964). Živa težina zemljišnih beskralješnjaka doseže 3,5 t/ha (Edwards, 1966).

Većina mikroartropoda naseljava se uglavnom u gornjem sloju tla do 30 cm dubine, bez obzira na značajke njegove gospodarske upotrebe.

Neoprezno antropogeno uplitanje može poremetiti ravnotežu u agrobiocenozi i dovesti do ozbiljnih posljedica, posebice do pada plodnosti tla. U vezi s intenzivnim antropogenim opterećenjem, od posebne je važnosti procjena utjecaja obrade tla na pedofaunu. Poznavanje različitih aspekata biologije mikroartropoda u tlu potrebno je za izradu znanstvene osnove za predviđanje procesa koji se odvijaju u agrobiocenozama u svrhu njihove optimizacije i zaštite tla.

Cilj istraživanja:

Proučavanje kompleksa mikroartropoda u poljoprivrednim krajolicima na jugu zapadnog Sibira i traženje načina njihovog formiranja u cilju povećanja plodnosti tla i optimizacije poljoprivredne prakse.

Ciljevi istraživanja:

Provesti komparativnu ekološku i faunističku analizu sastava vrsta oklopnih grinja u prirodnim biogeocenozama agropejzaža Zapadnog Sibira;

Proučiti raznolikost vrsta oklopnih grinja i sezonsku dinamiku brojnosti mikroartropoda agrobiocenoza na černozemu i sivim šumskim tlima agropejzaža u zapadnom Sibiru;

Proučiti biologiju dominantne vrste oklopnih grinja i biocenotski odnos grinja i mikroflore agrobiocenoza;

Otkriti obrasce formiranja faunističkih kompleksa mikroartropoda u agrobiocenozama pod utjecajem agrotehnoloških mjera na izluženom černozemu i sivim šumskim tlima;

Proučiti specifičnosti formiranja strukture faunističkih kompleksa mikroartropoda pod utjecajem agrofizičkih svojstava tla;

Utvrditi glavne zakonitosti utjecaja strukture populacije i dinamike broja mikroartropoda na razgradnju organskih gnojiva i formiranje plodnosti tla.

Znanstvena novost.

Po prvi put je dana sveobuhvatna karakterizacija i komparativna analiza populacije oklopnih grinja u prirodnim i agrarnim ekosustavima poljoprivrednih krajolika Zapadnog Sibira, te su otkrivene značajke utjecaja ljudske gospodarske aktivnosti na strukturu faunističkih kompleksa mikroartropoda.

Detaljno je proučavana populacijska dinamika sastava vrsta oribatida u kljovama i plodoredu na izluženim černozemima i sivim šumskim tlima Zapadnog Sibira. Utvrđena je uloga klinova i prethodnika plodoreda u formiranju raznolikosti vrsta agrobiocenoza.

Proučavana je biologija razvoja dominantnih vrsta oribatida agrobiocenoza, utjecaj temperaturnog spektra na njih, određeni su donji pragovi razvoja i sume efektivnih temperatura za određivanje broja generacija tijekom vegetacije. Glavni spektri ishrane dominantnih vrsta O. nova, T. velatus, Sch. laevigatas.

Utvrđeno je da u uvjetima intenzivne poljoprivredne proizvodnje pozitivan učinak na dinamiku mikroartropoda ima diferencirana, neoplavna i površinska obrada tla. Utvrđene su zakonitosti utjecaja gustoće tla i zaliha produktivne vlage na brojnost mikroartropoda.

Utvrđeno je aktivno sudjelovanje mikročlankonožaca u procesu razgradnje biljnih ostataka poljoprivrednih usjeva, te utjecaj organskih gnojiva na formiranje i strukturu faunističkih kompleksa koji su raspoređeni ovisno o stupnju razgradnje organskih tvari. odlučan. Dinamički procesi u zajednici mikroartropoda potvrđeni su teorijskim utemeljenjem korištenja slame i zelene gnojidbe u plodoredu kao organskih gnojiva.

Teorijski i praktični značaj. Rezultati istraživanja služe kao doprinos razumijevanju načina i specifičnosti formiranja biote tla u agropejzažima južnog Zapadnog Sibira, teorijska osnova za utvrđivanje i razvoj kvalitativnih i kvantitativnih pokazatelja korištenja organskih gnojiva, sustava obrade tla. , i plodoreda.

Novi podaci dobiveni kao rezultat istraživanja uključeni su u predavanja iz zoologije beskralješnjaka, akarologije, poljoprivredne entomologije, zoologije tla i ekologije tla koja se čitaju na Tjumenjskoj državnoj poljoprivrednoj akademiji i na Biološkom fakultetu Tjumenjskog državnog sveučilišta.

Glavna pozicija koju treba braniti.

Kvantitativni i kvalitativni parametri biote tla odražavaju formiranje plodnosti tla u agropejzažima na jugu zapadnog Sibira.

Provjera rada. Materijali disertacije raspravljali su i izvještavali na All-Union i All-Russian sastancima o zoologiji tla (1987 - 2002), na kongresima Ruskog entomološkog društva (1998, 2002), na znanstvenim konferencijama Tjumenske poljoprivredne Akademiji (1997., 1999., 2000., 2001., 2002.), Poljoprivrednoj akademiji u Kurganu (1994.) i na Sveruskoj znanstvenoj i praktičnoj konferenciji (Kurgan, 1998.), (Tjumen, 1999.), na znanstvenoj i tehničkoj konferenciji (Čeljabinsk, 2002.), na regionalnoj znanstvenoj i praktičnoj konferenciji (Tomsk, 2003.), na međunarodnoj znanstvenoj i praktičnoj konferenciji o organskim gnojivima (Vladimir, 2003.), na međunarodnom simpoziju "Ekologija i bioindikacija školjkaša" (Njemačka, 1995.).

Struktura i djelokrug rada. Disertacija je objavljena na 424 stranice strojopisnog teksta i sastoji se od uvoda, 6 poglavlja, zaključaka, popisa literature i dodatka. Eksperimentalni materijal dat je u 86 tablica i 141 slici. Bibliografski popis sastoji se od 529 naslova, uključujući 96 stranih.

Ovom prilikom izražavam iskrenu zahvalnost djelatnicima Zavoda za tloznanstvo i agrokemiju, gdje je ovaj posao i obavljen. Izražavam svoju srdačnu zahvalnost za konzultacije dr. znanosti, profesor Tjumenske državne poljoprivredne akademije N.V. Abramov i doktor poljoprivrednih znanosti. znanosti, profesor Tjumenske državne poljoprivredne akademije V.A. Fedotkin. U napornom terenskom radu autoru su pomogli studenti Tjumenjske državne poljoprivredne akademije i Tjumenjskog državnog sveučilišta, koji su izradili seminarske i diplomske radove. Duboka zahvalnost mojoj prvoj učiteljici dr. sc. biol. znanosti, izv. prof. TSU [L.D. Golosova za stalnu podršku i savjete. Autor je također zahvalan i zahvalan dr. biol. znanosti, profesor Lenjingradskog državnog sveučilišta V. N. Belozerov, dr. sc. biol. znanosti, izv. prof. Lenjingradsko državno sveučilište (N.I. Goryshina, dr. biologije, Viši istraživački institut za ekonomiju i ekologiju RAS L.G. Grishina, kandidat bioloških znanosti, Viši istraživački institut za ekonomiju i ekonomiju RAS A.Ya. D.A. biologije, voditelj laboratorija BINIII Lenjingradskog državnog sveučilišta L.I. Doktor biologije, profesor Lenjingradskog državnog sveučilišta [V.P. Tyshchenko!, kandidat biologije, izvanredni profesor MSPI M.P. Chistyakov, doktor biologije, profesor MSPI E.S. Shaldybina za konzultacije o znanosti o tlu, poljoprivredi, fitocenologiji, akarologiju, mikologiju, za mogućnost rada s opsežnom akarološkom literaturom i referentnim zbirkama o oribatidima.

Uvjeti formiranja tla na području južnog dijela Zapadnog Sibira

Suvremeni litološki sastav rahlih površinskih stijena i razvoj hidrografske mreže na području Zapadnog Sibira uvelike su određeni geološkom prošlošću. Zapadnosibirska nizina postojala je kao nabrana zemlja otprilike do mezozoika. U mezozoiku je teritorij Zapadnog Sibira prošao kroz tektonsku depresiju i kao rezultat aktivnosti dislokacijskih procesa formirana je Zapadnosibirska nizina. Mezozojsko more koje je napredovalo sa sjevera ispunilo je nastalu depresiju i, zajedno s paleogenskim morem koje ga je pratilo, snažno prodrlo površinu. U eocenu je more imalo maksimalnu dubinu, a krajem tog razdoblja - početkom oligocena počelo je plićati. U neogenu se more odvojilo od Sjevernog oceana i formiralo zatvorenu kotlinu, koja se zatim raspala na niz velikih jezera koja su nestala do kraja tog vremena. Dakle, zapadnosibirska ploča ima paleozoičku bazu prekrivenu pokrovom mezozojskih i kenozojskih naslaga (Geologija SSSR-a, 1969).

Stare morske naslage predstavljene su tamnosivim, sivim i svijetlosmeđim argelitima, opokim glinama, opokom i pješčenjacima. Taloženi su u eocenu, kada je more bilo na najvećoj dubini.

Eocensko more i jezerski bazeni koji su ga zamijenili u paleogenu ispunili su zapadnosibirsku depresiju debelim slojem rastresitih sedimentnih naslaga, koji su se na površini sačuvali do danas (Geologija SSSR-a, 1969.) i imali su veliku utjecaj na formiranje pokrova tla. Predstavljeni su uglavnom plavkasto-sivim glinama iz skupine montmorilonita, budući da sadrže više od 2% lužina, 3% zemnoalkalijskih metala i 7% željeza.

Sedimenti neogenog sustava predstavljeni su zelenkasto-sivim, prljavozelenim ili gustim neslojevitim plavkasto-zelenim glinama Aralske formacije (donji srednji miocen), koje sadrže nodule, druze, kristale, rjeđe gipsane ploče i gline formacija Zhylandi s poznatim inkluzijama u obliku ždralova. . Sedimenti ovog apartmana, najvjerojatnije, nastali su u slanim jezerima, a s njima su često povezana tla solončak-solonetz.

Krajem pliocena formirana je hidrografska mreža s dobro razvijenim dolinama. Naslage paleogena i neogena bile su podvrgnute intenzivnoj eroziji, pri čemu je nastao kvartarni sustav.

Formiranje modernih oblika reljefa i matičnih stijena povezano je s pomicanjem erozijske baze tijekom razdoblja glacijacije, s kidanjem drevnih aluvijalnih naslaga i aktivnim deluvijalnim procesima u vlažnom postglacijalnom razdoblju. Prema geološkim studijama, u tercijaru je Zapadnosibirska nizina imala suptropsku klimu, koju je krajem pliocena zamijenila oštrija, a početkom kvartara ledeno doba. Do kraja ledenog doba, sjeverni dio Zapadnosibirske nizine tonuo je. U to je vrijeme određen smjer rijeka Zapadnog Sibira. Nakon otapanja ledenjaka, vode su nahrupile u depresije, zbog čega su viši dijelovi reljefa isprani, formirani su grebeni i nastala je suvremena hidrografska mreža. Postglacijalno razdoblje karakterizira vruća i suha klima, u kojoj je, prema geolozima, moguće stvaranje lesa. I, konačno, klima se počela postupno mijenjati u smjeru onoga što trenutno imamo (Arkhipov, Vdovin i sur., 1970).

Konačna formacija reljefa i površinskih naslaga dogodila se u kvartaru, koji karakterizira pet ledenih doba i četiri postglacijala.

Najznačajniji utjecaj na formiranje reljefa i površinskih naslaga na jugu regije imao je samarski glacijal u srednjem kvartaru. To je bilo razdoblje najveće glacijacije, kada je ledenjak napredovao približno do geografske širine Surguta. Ispred ledenjaka formiran je golemi vodeni bazen tipa plitkog mora. Na jugu regije, vode su se popele na 80 - 100 m nadmorske visine, ispuštale su se duž Turgajske depresije u Kaspijsko jezero. Na području prekrivenom periglacijalnim jezerom odvijala se sedimentacija (lakustrična, jezersko-aluvijalna). U povišenim područjima južnog dijela regije nalazile su se razvodne ravnice sastavljene od lesnih stijena subastralne geneze (Arkhipov, Vdovin i dr., 1970).

U kasnijem razdoblju napredovanje ledenjaka bilo je manje značajno, kao i transgresija mora. Na ravnicama južnog dijela regije formirane su terase, a konačno su se formirale pokrovne naslage koje su tlotvorne stijene. Uglavnom su zastupljene kvartarnim naslagama različite starosti. To su aluvijalne, jezerske i jezersko-aluvijalne, kao i subaerijalne pokrovne naslage (Gadzhiev i Ovchinnikov, 1977). Kvartarne naslage niskih terasa jezersko-aluvijalne geneze različite starosti zauzimaju zonu južne tajge i djelomično subtaige. U šumsko-stepskoj zoni oni su predstavljeni modernim aluvijalnim naslagama različitog granulometrijskog i materijalnog sastava (Volkova, 1966, Arkhipov, 1971). Posebnu pozornost zaslužuju pokrovne naslage visokih terasa subtaige i šumske stepe, budući da je specifičnost pokrova tla i tla regije u velikoj mjeri povezana s tim stijenama. Ove naslage su jezerskog ili jezersko-aluvijalnog podrijetla, ali zauzimaju terase s uzvisinama. Općenito, nastajanje stijena prije nastanka modernog pokrova tla odvijalo se u sušnim i subaridnim uvjetima (Volkov i dr., 1969.), što je dovelo do njihovog popuštanja. Posljedično su se pojavili karbonati, lako topljive soli, a povećala se i količina frakcija prašine, osobito velikih.

Sezonska dinamika brojnosti mikroartropoda u agrocenozama podzone sjeverne šumske stepe

Trenutno je utvrđeno da krivulja populacijske dinamike nekih skupina mikroartropoda tijekom vegetacije najčešće ima oblik s dva vrha, s dva vrha maksimalne brojnosti. Prvi vrhunac zabilježen je na početku vegetacije (svibanj-lipanj), drugi - u jesen (rujan-listopad). Ljeti i zimi broj se smanjuje. Ovakav tip sezonskih promjena u brojnosti oribatida i proljetnica pronađen je u prirodnim i poljoprivrednim cenozama u mnogim područjima europskog dijela Rusije (Sitnikova, 1961, Subbotina, 1969, Chugunova, 1970, Chistyakov, 1971, itd.), u Primorski kraj (Golosova, 1970., 1975.), otok Sahalin (Ljaščov, 1984., 1989.) i druge regije. Većina autora povezuje fluktuacije u broju mikroartropoda s promjenama u uvjetima okoliša tijekom godine (Shaldybina, 1957; Moskacheva, 1959; Grishina, 1968; Subbotina, 1969; Chistyakov, 1971; Golosova, 1975 itd.). U nekim radovima (Subbotina, 1965, Grishina, 1970, Chugunova, 1970, itd.), Sezonska dinamika obilja oribatida također se objašnjava osobitostima životnog ciklusa oribatida. V. B. Piven (1972, 1973, 1973e) za agrocenoze šumsko-stepske zone Novosibirskog priobja otkrio je da sezonske fluktuacije broja grinja na obradivim zemljištima imaju jedan izražen maksimum u rujnu. On ovu prirodu sezonske dinamike povezuje s uzgojenim usjevima, mikrostacionarnim uvjetima i promjenama u brojnosti dominantnih vrsta.

U ovom radu proučavali smo populacijsku dinamiku oribatida u zrnorednom plodoredu na izluženim černozemima. Istodobno, slijedio je glavni cilj našeg istraživanja: saznati opću prirodu dinamike broja mikroartropoda u agrocenozama i učinak tretmana na prirodu promjena broja mikroartropoda tijekom sezone pod pojedinačnim usjevi.

Analizirajući sezonsku dinamiku mikroartropoda u žitnorednom plodoredu (jednogodišnje trave - pšenica - ječam - kukuruz - pšenica - ječam) na izluženom černozemu, uočeno je da se priroda populacijske dinamike različitih skupina mikroartropoda pod usjevima može vrlo različiti jedni od drugih. Treba napomenuti da to u određenoj mjeri ovisi o omjeru broja između skupina, prijemu obrade tla i poljoprivrednih kultura.

Mikroartropodi su zastupljeni s pet skupina: oribatidi s preimaginalnim stadijima, akaridije, trombidiforme, mezostigmatske grinje i proljetorepi.

Promatrajući sezonsku dinamiku brojnosti mikroartropoda pod jednogodišnjim travama tijekom oralne obrade tla, uočeno je da njihov broj varira tijekom sezone u rasponu od 7900 do 14800 jed./m. Dakle, kod odraslih oribatida promatramo tijek dinamike, koji se odvija na sljedeći način. U proljeće (u svibnju) zabilježeno je 2453 jedinke/m2. Nakon predsjetvenih tretmana broj oribatida u lipnju se počinje smanjivati ​​(2133 jed./m), a do srpnja pada na 1960 jed./m. Krajem srpnja i kolovoza, nakon žetve i jesenskog oranja, broj se i dalje smanjuje (1473 jed./m), ali u kolovozu i rujnu dolazi do postupne stabilizacije (1427 jed./m). Dinamika brojnosti preimaginalnih stadija gotovo je ista kao i dinamika adulta oribatida, jedino što u lipnju njihova brojnost blago raste (2707 jed./m), a zatim postupno opada. Treba napomenuti da broj preimaginalnih stadija konstantno premašuje odrasle oribatide za 17 - 46% tijekom sezone (Prilog 2).

Razmatrajući druge skupine mikročlankonožaca, utvrđeno je da se akaroidne, trombidiformne, mezostigmatične grinje i proljetne grinje razlikuju u sezonskoj dinamici populacije od oklopnih grinja po tome što je broj akaroidnih grinja u svibnju bio 3,4 puta manji (720 ind./m2) nego kod oribatida. (2453), do sredine lipnja porastao je 3,8 puta (2733), a do sredine srpnja 2 puta (5680). U kolovozu i rujnu mijenja se tijek njihove brojnosti, krivulja se spušta i do rujna opada 3,6 puta. Kod trombidiformnih i mezostigmatskih grinja intenzitet porasta populacije manji je nego kod akaroidnih grinja. Tako je brojnost trombidiformnih grinja od svibnja do sredine lipnja porasla za 48%, od lipnja do sredine srpnja za 82%, au kolovozu i rujnu postoje samo male fluktuacije u brojnosti unutar 16 - 28%. Vrhunac brojnosti mezostigmatskih grinja zabilježen je krajem srpnja (1013 jed./m2), ali zatim ponovno pada iu rujnu iznosi 573 jed./m2. Tijek brojnosti jaruga na početku sezone ravnomjerno oscilira i tek u drugoj polovici sezone počinje padati (640 jed./m) (Slika 3.3.1., Dodatak 2).

Struktura populacije mikroartropoda u agrocenozama podzone subtaige

Životinjski svijet obradivih tala uvelike je promijenjen ljudskim djelovanjem. Mali člankonošci tla (mikroartropodi) jedna su od rijetkih skupina životinja koje tvore tlo koje zadržavaju prilično visoku brojnost i raznolikost vrsta u agrocenozama. Njihova funkcionalna uloga u tlu, prema novijim studijama, nije toliko u izravnoj preradi organske tvari, koliko u regulaciji mikrobiološke aktivnosti u vezi s položajem mikroartropoda u destruktivnim trofičkim lancima (Striganova, 1980). U tom smislu, zakonitosti i značajke distribucije različitih skupina malih člankonožaca u obradivom tlu od interesa su ne samo sa zoološkog gledišta, već i za karakterizaciju procesa formiranja tla.

Materijal je prikupljen na pokusnom polju bolnice Tjumenske državne poljoprivredne akademije u okrugu Yurginsky u regiji Tjumen. Tlo pokusnog polja je srednje i slabo humusno, sivo šumsko. Heterogenost svojstava tla određena je uglavnom prirodnom varijabilnošću. Proučavali smo gornji sloj obradivog horizonta do 15 cm u žitnim poljima u plodoredu pod usjevima: jednogodišnjim travama, pšenicom i zobi. Razmotrene su opće značajke varijacije gustoće naseljenosti u obradivom sloju.

Kao rezultat istraživanja u poljima žitarica s plodoredom ugarom na sivim šumskim tlima, identificirali smo 32 vrste grinja (tablica 3.4.1.), od čega pod jednogodišnjim travama - 28 vrsta, pod pšenicom - 24 vrste. a ispod zobi - 18 vrsta.

U proučavanju agrocenoza s različitim usjevima primijetili smo da gustoća ljuštura grinja može varirati u vrlo širokom rasponu tijekom sezone. Tako, na primjer, pod jednogodišnjim travama - od 1440 do 2880 ind./m2, pod pšenicom - od 1380 do 2530 ind./m2, pod zobi - od 1240 do 2220 ind./m2. Treba napomenuti da je broj oribatida ovdje oko 2,1 - 4,3 puta manji nego u mješovitim šumama poljoprivrednih krajolika Zapadnog Sibira. Faunu oklopnih grinja predstavljaju vrste široko rasprostranjene u Holarktiku, među kojima vrste gornjeg tla, dubokog tla i nespecijalizirane vrste dostižu široku raznolikost.

Ograničenošću na pojedine kulture, pronađene vrste oklopnjaka raspoređene su u nekoliko skupina (tablica 3.4.1.) 1. Vrste koje naseljavaju sva istražena polja (11 vrsta). To su sljedeći predstavnici faune agrocenoza žitnog plodoreda: Epilohmannia cilindrica, Banksinoma lanciolata, Tectocepheus velatus, Oppiella nova, Microppia minus, Tectoribates ornatus, Libstadia similes, Punctoribates punctum, Peloptulus phaenotus, Eulohmannia ribagai, Birsteinius perlongus. 2. Vrste koje se susreću na nekoliko polja, preferiraju određene usjeve. Tu spadaju Oppia cylindrica, Conchogneta tragardhi, Oribatula tibialis, Scheloribates latipes, Scheloribates laevigatus, Ceratozetes sellnicki, Punctoribates hexagonus, Oribatella angulosa, Scutovertes pannonicus, Tegoribates latirostris i Artopacarus striculus. 3. Vrste koje se nalaze na nekoliko polja s približno istom rasprostranjenošću u njima (Eulohmannia ribagai, Epilohmannia cilindrica, Birsteinius perlongus, Punctoribates hexagonus, Scheloribates laevigatus, Oribatula tibialis, Conchogneta tragardhi). 4. Vrste pronađene samo na jednom polju (Brachychthonius berlesei, Quadroppia quadricarinata, Peloribates pilosus, Trichoribates incisellus, Rhysotritia duplicate. Istraživanja su pokazala da u plodoredu žitarica s ugarom u sva tri polja pod jednogodišnjim travama, pšenicom i zobi, jedno eudominantno, ali treba napomenuti da je Tectocepheus velatus takav samo pod jednogodišnjim travama i zobi, a Oppiella nova - ispod pšenice. Zapažene su dvije dominantne vrste ispod jednogodišnjih trava (Oppiella nova i Microppia minus), ispod pšenice ectocepheus velatus i Punctoribates punctumpunctum, te ispod zobi. , zabilježena je samo jedna vrsta (Microppia minus). Subdominantne vrste na ovim poljima nisu iste. Tako ispod jednogodišnjih trava dominiraju Palaeacarus kamenskii, Banksinoma lanceolata, Liebstadia similis i Peloptulus phaenotus, a ispod pšenice subdominantne Microppia minus, Oppia cylindrica, Tectoribates ornatus i Scutovertes pannonicus, a ispod zobi samo jedna subdominira in id - Oppiella nova.

Proizvodnja biohumusa i njezin utjecaj na strukturu populacije mikroartropoda

Za rješavanje ekoloških problema povezanih s biološkim iskorištavanjem lokalno akumuliranog organskog otpada, kao i za obnovu i poboljšanje plodnosti poljoprivrednog zemljišta, potrebno je pažljivo poštivanje ekoloških zakona, poznavanje funkcioniranja agrocenoza i njihovo racionalno korištenje u interesu čovjeka. potrebno (Mineev et al., 1993.)

U uvjetima intenziviranja poljoprivrede, jedan od najvažnijih zadataka je povećanje plodnosti obradivih tala povećanjem sadržaja humusa u njima. Akutno se postavlja pitanje mogućih izvora obogaćivanja tla svježom organskom tvari. Industrija i poljoprivreda isporučuju ogromne količine organskog otpada u okoliš, pa je jedan od najakutnijih problema suvremene znanosti razvoj metoda za njihovo zbrinjavanje i preradu. Već postoje mnoge tehnologije za zbrinjavanje organskog otpada, od kojih većina sama po sebi nije bez otpada. Ozbiljna alternativa njima može biti biokonverzija pomoću vermikulture - tehnologije bez otpada koja omogućuje dobivanje ekološki prihvatljivog gnojiva - biohumusa (vermikomposta) i biološke mase vermikulture (Pokrovskaya, 1990a,b; Melnik, 1991a, 19916; Popov , 1993; Ganzhara, Borisov, Florinsky, 1995; Popov, 1995).

Optimiziranjem funkcioniranja agrocenoza potrebno je nadoknaditi izgubljene biocenotske veze. Jedno od rješenja je umjetna obnova pojedinih karika agroekosustava bez potpune rekreacije raznolikosti vrsta biote tla. To je moguće vermikultivacijom, kada se karika koja nedostaje, humificirani organski materijal, formira u umjetnim uvjetima.

Biohumus pomaže povećati prinose usjeva za 20-30%, poboljšava kvalitetu poljoprivrednih proizvoda. Koristi se za reanimaciju i melioraciju tla izloženih negativnim antropogenim utjecajima kako bi se smanjio sadržaj teških metala i radionuklida u njima (Alekseev, 1987).

Voće i povrće uzgojeno na biohumusu, bez nitrata i teških metala, izvrsnog je okusa, a cvijeće izrazito nježne i delikatne arome (Viktorov, 1991; Melnik, 1991a).

Prerada organskog otpada odvija se uz pomoć umjetno rekreiranog prirodnog kompleksa heterotrofnih organizama, uključujući gliste (Eisenia foetida) i njihove prateće predstavnike mikrobiote tla i zajednice mikroorganizama. Vermikultivacija omogućuje rješavanje problema obnove i održavanja plodnosti tla.

Tlo je živi organizam, kompleks mikro i makrofaune u kombinaciji s elementima nežive mineralne i organske tvari, koji je u bliskoj međusobnoj izmjeni. Među brojnim ovlaživačima, glavna uloga je dodijeljena glistama, kao masovnim životinjama, snažnim bagerima i strukturotvorcima tla (Kartamyshev, 1996).

Gliste, apsorbirajući zajedno s tlom značajnu količinu biljnog detritusa, mikroba, gljivica, algi itd., uništavaju ih i probavljaju, oslobađajući istodobno s koprolitima veliku količinu vlastite crijevne mikroflore, enzima, vitamina koji imaju antibiotska svojstva i sprječavaju razvoj patogene flore, dezinfekcija tla. U procesu probave biljnih tvari u crijevima crva nastaju humusne tvari. Po kemijskom sastavu razlikuju se od humusa, koji nastaje u tlu uz sudjelovanje samo mikroflore, po tome što se u crijevima crva razvijaju procesi polimerizacije niskomolekularnih proizvoda razgradnje organskih tvari i molekula huminskih kiselina s neutralnim formiraju se reakcije. Oni tvore kompleksne spojeve s mineralnim komponentama tla i dugo ostaju u tlu u obliku stabilnih agregata. Djelovanjem crva usporava se ispiranje pokretnih spojeva iz tla i sprječava mogućnost njegove erozije vodom i vjetrom (Karpets, Melnik, 1991; Perel, 1985). U kaprolitima crva prirodnih populacija sadržaj humusa je 11-19%. Crvi imaju sposobnost formiranja, poboljšanja i strukture tla. Tu njihovu aktivnost ne ponavljaju druge životinje i ne može se nadoknaditi nikakvim meliorativnim metodama. Utvrđeno je da tijekom ljetnog razdoblja populacija od 100 crva po četvornom metru položi nekoliko kilometara tunela i 3 metra kaprolita u tlo na ovom području. Ali još više kaprolita ostaje u tlu (Vakhrušev, 1991; Melnik, 19916; Popov, 1993). Otkriveno je da svaki crv dnevno kroz svoj probavni kanal prođe količinu zemlje jednaku njegovoj tjelesnoj težini. Prema nekim autorima, količina zemlje koja prolazi kroz probavni kanal glista po 1 ha godišnje (misli se na toplo razdoblje) iznosi 50 tona (Ganzhara, Borisov, Florinsky, 1995; Perel, 1985).