Экология почвы
Экология почвы — это изучение взаимодействий между почвенными организмами , а также между биотическими и абиотическими аспектами почвенной среды . [1] Это особенно касается круговорота питательных веществ , формирования и стабилизации структуры пор , распространения и жизнеспособности патогенов , а также биоразнообразия этого богатого биологического сообщества .
Обзор
[ редактировать ]Почва состоит из множества физических , химических и биологических объектов, между которыми происходит множество взаимодействий. Почва представляет собой переменную смесь разрушенных и выветрившихся минералов и разлагающегося органического вещества. Вместе с необходимым количеством воздуха и воды он частично обеспечивает растениям питание, а также механическую поддержку.
Разнообразие и изобилие почвенной жизни превосходит любую другую экосистему . Формирование, конкурентоспособность и рост растений во многом определяются подземной экологией, поэтому понимание этой системы является важным компонентом наук о растениях и экологии суши.
Особенности экосистемы
[ редактировать ]- Влага является основным ограничивающим фактором на суше. Наземные организмы постоянно сталкиваются с проблемой обезвоживания . Транспирация или испарение воды с поверхности растений — это процесс рассеивания энергии, уникальный для земной среды.
- Колебания и экстремумы температуры более выражены в воздухе, чем в водной среде.
- С другой стороны, быстрая циркуляция воздуха по всему земному шару приводит к быстрому смешиванию и удивительно постоянному содержанию кислорода и углекислого газа.
- Хотя почва обеспечивает надежную поддержку, воздух ее не дает. Как у наземных растений, так и у животных развился крепкий скелет, а также у последних появились особые средства передвижения.
- Суша, в отличие от океана, не является непрерывной; существуют важные географические барьеры для свободного передвижения.
- Природа субстрата, хотя и важна для воды, особенно важна в наземной среде. Почва, а не воздух, является источником весьма изменчивых питательных веществ; это высокоразвитая экологическая подсистема.
Почвенная фауна
[ редактировать ]Почвенная фауна имеет решающее значение для формирования почвы , разложения подстилки, круговорота питательных веществ , биотической регуляции и стимулирования роста растений . Тем не менее, почвенные организмы по-прежнему недостаточно представлены в исследованиях почвенных процессов и в существующих упражнениях по моделированию. Это является следствием предположения, что значительная часть подземного разнообразия экологически избыточна и что почвенные пищевые сети демонстрируют более высокую степень всеядности . Однако накапливаются данные о сильном влиянии абиотических фильтров , таких как температура, влажность и pH почвы , а также характеристики почвенной среды обитания, на контроль их пространственных и временных закономерностей. [2]
Почвы представляют собой сложные системы, и их сложность заключается в их неоднородной природе: смеси воздуха, воды, минералов, органических соединений и живых организмов. Пространственная изменчивость всех этих составляющих как по горизонтали, так и по вертикали связана с почвообразователями, варьирующимися от микро- до макромасштабов. [3] Следовательно, горизонтальное неоднородное распределение свойств почвы (температура почвы, влажность, pH, наличие подстилки/питательных веществ и т. д.) также приводит к неоднородности почвенных организмов по всему ландшафту. [4] и был одним из главных аргументов в пользу объяснения большого разнообразия, наблюдаемого в почвенных сообществах. [5] Поскольку почвы также демонстрируют вертикальную стратификацию своих элементарных составляющих вдоль профиля почвы в результате микроклимата , текстуры почвы , а также количества и качества ресурсов, различающихся между почвенными горизонтами, почвенные сообщества также изменяются по численности и структуре с глубиной почвы. [6] [2]
Большинство этих организмов являются аэробными , поэтому количество пористого пространства , распределение пор по размерам, площадь поверхности и уровень кислорода имеют решающее значение для их жизненного цикла и деятельности. Наименьшие существа (микробы) используют для роста микропоры, наполненные воздухом, тогда как другим более крупным животным требуются более крупные пространства, макропоры или водная пленка, окружающая частицы почвы, для перемещения в поисках пищи. Таким образом, текстурные свойства почв вместе с глубиной грунтовых вод также являются важными факторами, регулирующими их разнообразие, численность популяций и их вертикальную стратификацию. В конечном итоге структура почвенных сообществ сильно зависит не только от естественных факторов почвообразования, но и от деятельности человека (сельское хозяйство, лесное хозяйство, урбанизация) и определяет форму ландшафтов с точки зрения здоровых или загрязненных, первозданных или деградированных почв. [2]
Макрофауна
[ редактировать ]
Показаны почвенные беспозвоночные. Эллипсы обозначают горячие (красные) или холодные точки (синие), изогнутые стрелки показывают некоторые примеры факторов, которые могут включать/выключать горячий момент, а прямые черные стрелки (сплошная черная линия = включено, пунктирное = выключено), показывающие последствия для почвенных процессов по профилю почвы. В прямоугольниках перечислены основные характеристики экосистемы.
Поскольку все эти факторы изменения биоразнообразия действуют и над землей, ожидается, что должно существовать некоторое согласование механизмов, регулирующих пространственные закономерности и структуру как надземных, так и подземных сообществ. В подтверждение этого небольшое полевое исследование показало, что взаимосвязь между неоднородностью окружающей среды и видовым богатством может быть общим свойством экологических сообществ. [5] Напротив, молекулярное исследование 17 516 последовательностей генов 18S рРНК окружающей среды, представляющих 20 типов почвенных животных, охватывающих ряд биомов и широт по всему миру, показало обратное, и главный вывод этого исследования заключался в том, что разнообразие подземных животных может быть обратно пропорционально пропорциональному. надземному биоразнообразию. [7] [2]
Отсутствие четких широтных градиентов контрастирует биоразнообразия почвы с теми четкими глобальными закономерностями, которые наблюдаются для надземных растений, и привело к предположению, что они действительно контролируются различными факторами. [8] Например, в 2007 году Лозупоне и Найт обнаружили, что основным экологическим фактором, определяющим состав бактериального разнообразия по всему миру, является соленость, а не экстремальные температуры, pH или другие физические и химические факторы. [9] В другом исследовании глобального масштаба, проведенном в 2014 году, Tedersoo et al . пришли к выводу, что богатство грибов причинно не связано с разнообразием растений и лучше объясняется климатическими факторами, а затем эдафическими и пространственными закономерностями. [10] Глобальные закономерности распределения макроскопических организмов документированы гораздо хуже. Однако мало имеющихся данных, по-видимому, указывает на то, что в больших масштабах почвенные многоклеточные организмы реагируют на высотные, широтные или площадные градиенты так же, как это описано для надземных организмов. [11] Напротив, в локальном масштабе высокое разнообразие микросред обитания, обычно встречающееся в почве, обеспечивает необходимое разделение ниш для создания «горячих точек» разнообразия всего в грамме почвы. [8] [2]
Трудно объяснить не только пространственные закономерности почвенного биоразнообразия, но и его потенциальные связи со многими почвенными процессами и общим функционированием экосистемы, которые остаются предметом дискуссий. Например, хотя некоторые исследования показали, что сокращение численности и присутствия почвенных организмов приводит к ухудшению многих функций экосистемы, [12] другие пришли к выводу, что разнообразие надземных растений само по себе является лучшим показателем многофункциональности экосистемы, чем биоразнообразие почвы. [13] Почвенные организмы демонстрируют широкий спектр пищевых предпочтений, жизненных циклов и стратегий выживания и взаимодействуют в рамках сложных пищевых сетей. [14] Следовательно, видовое богатство само по себе очень мало влияет на почвенные процессы, а функциональное несходство может оказывать более сильное воздействие на функционирование экосистемы. [15] Таким образом, помимо трудностей, связанных с увязкой надземных и подземных разнообразий в разных пространственных масштабах, для лучшего понимания биотического воздействия на экосистемные процессы может потребоваться объединение большого количества компонентов вместе с несколькими мультитрофическими уровнями. [16] а также гораздо менее рассматриваемые нетрофические взаимодействия, такие как форезия , пассивное потребление. [17] Кроме того, если почвенные системы действительно самоорганизованы, а почвенные организмы концентрируют свою деятельность в пределах выбранного набора дискретных масштабов с некоторой формой общей координации, [18] нет необходимости искать внешние факторы, контролирующие комплексы почвенных компонентов. Вместо этого нам, возможно, просто нужно признать неожиданность и то, что связи между надземным и подземным разнообразием и почвенными процессами трудно предсказать. [2]
Микрофауна
[ редактировать ]Последние достижения появляются в изучении реакций на уровне суборганизма с использованием ДНК окружающей среды. [19] и различные подходы омики , такие как метагеномика , метатранскриптомика , протеомика и протеогеномика , быстро развиваются, по крайней мере, в мире микробов. [20] Недавно метафеномика была предложена как лучший способ охватить омику и ограничения окружающей среды. [21] [2]
Почвенная пищевая сеть
[ редактировать ]Невероятное разнообразие организмов составляет почвенную пищевую сеть . По размеру они варьируются от мельчайших одноклеточных бактерий , водорослей , грибов и простейших до более сложных нематод и микрочленистоногих , а также видимых дождевых червей , насекомых , мелких позвоночных и растений . По мере того, как эти организмы питаются, растут и перемещаются по почве, они обеспечивают чистую воду, чистый воздух, здоровые растения и умеренный поток воды.
Существует множество причин, по которым почвенная пищевая сеть является неотъемлемой частью ландшафтных процессов. Почвенные организмы разлагают органические соединения, в том числе навоз , растительные остатки и пестициды , не позволяя им попасть в воду и стать загрязнителями. Они связывают азот и другие питательные вещества, которые в противном случае могли бы попасть в грунтовые воды, и фиксируют азот из атмосферы, делая его доступным для растений. Многие организмы усиливают агрегацию и пористость почвы , тем самым увеличивая инфильтрацию и уменьшая поверхностный сток . Почвенные организмы питаются вредителями сельскохозяйственных культур и служат пищей для надземных животных.
Исследовать
[ редактировать ]Научные интересы охватывают многие аспекты экологии почвы и микробиологии . По сути, исследователи заинтересованы в понимании взаимодействия микроорганизмов , фауны и растений, биогеохимических процессов, которые они осуществляют, и физической среды, в которой происходит их деятельность, и применения этих знаний. для решения экологических проблем.
Примерами исследовательских проектов являются изучение биогеохимии и микробной экологии почв септических дренажных полей , используемых для очистки бытовых сточных вод , роль анечных дождевых червей в контроле движения воды и азотного цикла в сельскохозяйственных почвах , а также оценка качества почвы при производстве газона. [22]
Особый интерес по состоянию на 2006 г. [update] заключается в понимании роли и функций арбускулярных микоризных грибов в природных экосистемах. Влияние антропных почвенных условий на арбускулярные микоризные грибы и продукция гломалина арбускулярными микоризными грибами представляют особый интерес из-за их роли в связывании атмосферного углекислого газа .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Access Science: Экология почвы. Архивировано 12 марта 2007 г. в Wayback Machine . Последний доступ к URL-адресу: 6 апреля 2006 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Брионес, Мария Джи (2018). «Случайное значение почвенной фауны в функционировании экосистемы: необъяснимое объяснение» . Границы в науке об окружающей среде . 6 . дои : 10.3389/fenvs.2018.00149 .
Материал был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 . - ^ Линь, Ханшэн; Уилер, Дэн; Белл, Джей; Уайлдинг, Ларри (2005). «Оценка пространственной изменчивости почвы в нескольких масштабах». Экологическое моделирование . 182 (3–4): 271–290. doi : 10.1016/j.ecolmodel.2004.04.006 .
- ^ Уолл, Диана Х. (14 июня 2012 г.). Экология почвы и экосистемные услуги . ISBN 978-0-19-957592-3 .
- ^ Jump up to: а б Нильсен, Уффе Н.; Ослер, Грэм HR; Кэмпбелл, Колин Д.; Нилсон, Рой; Бурслем, Дэвид ФРП; Ван дер Валь, Рене (2010). «Возвращение к загадке видового разнообразия почвенных животных: роль мелкомасштабной гетерогенности» . ПЛОС ОДИН . 5 (7): e11567. Бибкод : 2010PLoSO...511567N . дои : 10.1371/journal.pone.0011567 . ПМЦ 2903492 . ПМИД 20644639 .
- ^ Берг, Мэтти П.; Бенгтссон, Янне (2007). «Временная и пространственная изменчивость структуры пищевой сети почвы». Ойкос . 116 (11): 1789–1804. дои : 10.1111/j.0030-1299.2007.15748.x .
- ^ Ву, Т.; Эйрес, Э.; Барджетт, РД; Уолл, ДХ; Гэри, младший (2011). «Молекулярное исследование мирового распространения и разнообразия почвенных животных» . Труды Национальной академии наук . 108 (43): 17720–17725. Бибкод : 2011PNAS..10817720W . дои : 10.1073/pnas.1103824108 . ПМК 3203765 . ПМИД 22006309 .
- ^ Jump up to: а б Барджетт, Ричард Д.; Ван дер Путтен, Вим Х. (2014). «Подземное биоразнообразие и функционирование экосистем». Природа . 515 (7528): 505–511. Бибкод : 2014Natur.515..505B . дои : 10.1038/nature13855 . ПМИД 25428498 . S2CID 4456564 .
- ^ Берг, Мэтти П.; Бенгтссон, Янне (2007). «Временная и пространственная изменчивость структуры пищевой сети почвы». Ойкос . 116 (11): 1789–1804. дои : 10.1111/j.0030-1299.2007.15748.x .
- ^ Тедерсоо, Лехо; и др. (2014). «Глобальное разнообразие и география почвенных грибов» (PDF) . Наука . 346 (6213). дои : 10.1126/science.1256688 . ПМИД 25430773 . S2CID 206559506 .
- ^ Декаэнс, Тибо (2010). «Макроэкологические закономерности в почвенных сообществах» . Глобальная экология и биогеография . 19 (3): 287–302. дои : 10.1111/j.1466-8238.2009.00517.x .
- ^ Вагг, К.; Бендер, Сан-Франциско; Видмер, Ф.; Ван дер Хейден, MGA (2014). «Биоразнообразие почв и состав почвенных сообществ определяют многофункциональность экосистемы» . Труды Национальной академии наук . 111 (14): 5266–5270. Бибкод : 2014PNAS..111.5266W . дои : 10.1073/pnas.1320054111 . ПМЦ 3986181 . ПМИД 24639507 .
- ^ Цзин, Синь; Сандерс, Натан Дж.; Ши, Ю; Чу, Хайян; Классен, Эме Т.; Чжао, Кэ; Чен, Литонг; Ши, Юэ; Цзян, Юсюй; Он, Цзинь-Шэн (2015). «Связь между многофункциональностью экосистем и наземным и подземным биоразнообразием опосредована климатом» . Природные коммуникации . 6 : 8159. Бибкод : 2015NatCo...6.8159J . дои : 10.1038/ncomms9159 . ПМЦ 4569729 . ПМИД 26328906 . S2CID 10933025 .
- ^ Брионес, Марана Хесанс И. (2014). «Почвенная фауна и функции почвы: головоломка» . Границы в науке об окружающей среде . 2 . дои : 10.3389/fenvs.2014.00007 .
- ^ Хемсберген, Д.А.; Берг, член парламента; Лоро, М.; Ван Хэл-младший; Фабер, Дж. Х.; Верховф, ХА (2004). «Влияние биоразнообразия на почвенные процессы, объясняемое межвидовым функциональным несходством». Наука . 306 (5698): 1019–1020. Бибкод : 2004Sci...306.1019H . дои : 10.1126/science.1101865 . ПМИД 15528441 . S2CID 39362502 .
- ^ Шербер, Кристоф; и др. (2010). «Влияние разнообразия растений снизу вверх на мультитрофические взаимодействия в эксперименте по биоразнообразию» (PDF) . Природа . 468 (7323): 553–556. Бибкод : 2010Natur.468..553S . дои : 10.1038/nature09492 . ПМИД 20981010 . S2CID 4304004 .
- ^ Гудар, Александра; Лоро, Мишель (2008). «Нетрофические взаимодействия, биоразнообразие и функционирование экосистем: веб-модель взаимодействия». Американский натуралист . 171 (1): 91–106. дои : 10.1086/523945 . ПМИД 18171154 . S2CID 5120077 .
- ^ Лавель, Патрик; Испания, Алистер; Блуэн, Мануэль; Браун, Джордж; Декаэнс, Тибо; Гримальди, Мишель; Хименес, Хуан Хосе; Макки, Дойл; Мэтью, Джером; Веласкес, Елена; Зангерле, Анна (2016). «Инженеры экосистем в самоорганизующейся почве». Почвоведение . 181 (3/4): 91–109. Бибкод : 2016ПочваС.181...91Л . doi : 10.1097/SS.0000000000000155 . S2CID 102056683 .
- ^ Томсен, Филип Фрэнсис; Виллерслев, Эске (2015). «Экологическая ДНК – новый инструмент сохранения для мониторинга прошлого и настоящего биоразнообразия» . Биологическая консервация . 183 : 4–18. дои : 10.1016/j.biocon.2014.11.019 . S2CID 27384537 .
- ^ Наннипьери, Паоло (2014). «Почва как биологическая система и омические подходы». EQA — Международный журнал качества окружающей среды . 13 : 61–66. дои : 10.6092/issn.2281-4485/4541 .
- ^ Янссон, Джанет К.; Хофмокель, Кирстен С. (2018). «Микробиом почвы — от метагеномики к метафеномике» . Современное мнение в микробиологии . 43 : 162–168. дои : 10.1016/j.mib.2018.01.013 . ПМИД 29454931 . S2CID 3377418 .
- ^ Лаборатория экологии почвы и микробиологии . Последний раз обращались к URL-адресу 18 апреля 2006 г.
Библиография
[ редактировать ]- Адл, М.С. (2003). Адл, С.М. (ред.). Экология разложения почвы . КАБИ, Великобритания. дои : 10.1079/9780851996615.0000 . ISBN 978-0851996615 .
- Коулман, округ Колумбия, и Д.А. Крорсли-младший (2004). Основы экологии почв (2-е изд.). Академическая пресса. ISBN 978-0121797263 .
- Киллхэм, 1994, Экология почвы, издательство Кембриджского университета.
- Встреча, 1993, Экология почвенных микробов, Марсель Деккер.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Общество экологии почвы» . rutgers.edu . Проверено 2 мая 2016 г.
- Этаж, Дж. Энтони (2000). «Экология почвы» . Проверено 2 мая 2016 г.
- «Секция экологии почв» . Экологическое общество Америки . Проверено 2 мая 2016 г.
- Yahoo! Справочник экологии почвы . Последний раз обращались к URL-адресу 18 апреля 2006 г.
