Биоразнообразие почв: определение сложного мира у нас под ногами

Оценка экосистем на рубеже тысячелетий дает всеобъемлющее определение биоразнообразия, описывая его как разнообразие живых организмов во всех экосистемах, включая наземные, морские и прочие водные среды, а также экологические комплексы, которые они формируют. Это понятие охватывает разнообразие внутри видов, между видами и целых экосистем. В рамках данной статьи внимание сосредоточено конкретно на биоразнообразии почв, под которым подразумевается всё многообразие живых организмов, населяющих почвенную матрицу. Такая специализация позволяет провести детальное исследование одной из наиболее важных и разнообразных сред обитания на Земле.

Тесно связанным и более конкретным термином является почвенная биота, обозначающая всё сообщество живых существ в рамках данной почвенной системы. Например, можно утверждать, что почвенная биота на лугу, как правило, более разнообразна, чем в системе пахотного земледелия. Это синонимично утверждению, что луговые почвы обладают более высоким уровнем биоразнообразия почв. Оба варианта точно передают одну и ту же научную концепцию, подчеркивая богатство жизненных форм в различных почвенных средах. Понимание этой терминологии является фундаментальным для обсуждения компонентов и функций почвенной экосистемы.

Сама почвенная система представляет собой модель чрезвычайной сложности, демонстрирующую значительные вариации как в пространстве, так и во времени. Её состав включает минеральную часть, состоящую в основном из кремнезема и смеси микроколичеств металлов, и доля органического вещества, которая содержит огромный набор различных органических соединений. Эта матрица также служит местом обитания невероятного разнообразия организмов и, за исключением самых засушливых условий, включает водный компонент. Такое сложное сочетание элементов создает динамичную и сложную среду для жизни.

Более того, почвы существуют в широком спектре текстур, определяемых колеблющимися соотношением частиц песка, ила и глины. Эта текстура влияет на структуру почвы, создавая сеть пор — от крупных пространств, которые могут быть сухими, до микропор, которые почти постоянно заполнены водой, если не считать периодов экстремальной засухи. Концентрация органического вещества не является однородной, как правило, уменьшаясь с глубиной и варьируясь в разных пространственных расположениях в пределах одного почвенного профиля. Эта гетерогенность является ключевым драйвером биологического разнообразия.

Такая высокая степень изменчивости окружающей среды означает, что почва содержит огромное количество различных экологических ниш. Эти ниши, благодаря эволюционным процессам, породили ошеломляющее множество форм биоразнообразия (Рис. 1.2). При использовании таксономического подхода для измерения биоразнообразия часто отмечается, что в тропических лесах обитает более половины из 10 миллионов видов мира. Однако применение этого же подхода к почве раскрывает концентрацию жизни, которая не менее поразительна: сотни тысяч, а возможно, и миллионы видов населяют одну пригоршню лесной почвы, что может соперничать с разнообразием некоторых из самых оживленных экосистем мира.

Рис. 1.2: Данная сильно упрощенная схема призвана дать общее представление о распределении организмов по вертикали в почвенном профиле. Очевидно, что это упрощение, и на самом деле микроорганизмы, такие как бактерии (c) и простейшие (e), распределены по всему почвенному профилю, хотя их наибольшая биомасса обнаруживается ближе к поверхности почвы, которая богаче органическим веществом. Два коллемболы адаптированы для жизни на разных глубинах почвы: вид, показанный на (a), в большей степени приспособлен к жизни на поверхности или вблизи неё, а вид на (b) — к жизни на более глубоких уровнях. Эти различия более подробно обсуждаются в Разделе IX.

Дождевые черви также встречаются в большем количестве ближе к поверхности почвы, но их можно обнаружить и на глубине до одного метра и более; они формируют три различные экологические группы, которые подробно рассматриваются в Разделе XIII. Грибы также распространены по всему почвенному профилю, но особенно часто встречаются вблизи поверхности почвы, где концентрация органического вещества выше, а также присутствует множество корней растений, с которыми они могут образовывать симбиотические связи (f). На данной схеме показана лишь очень небольшая группа избранных организмов. Как станет ясно из этого атласа, многие другие группы организмов называют почву своим домом.

Помимо невероятного разнообразия, почвенная среда также поддерживает удивительно высокие уровни численности организмов. Конкретные уровни как численности, так и разнообразия варьируются от одной почвы к другой, находясь под влиянием таких критических факторов, как содержание органического вещества, текстура почвы, pH и методы управления почвами, применяемые человеком. В приведенной ниже таблице дается ориентировочная разбивка по количеству и разнообразию организмов, сгруппированных по размеру, которые обычно встречаются в одном квадратном метре почвы умеренного луга, что иллюстрирует плотность жизни у нас под ногами.

В дополнение к группировке по размеру, некоторые почвенные биологи классифицируют почвенную биоту, используя метрику эффективной ширины тела. Этот метод категоризирует организмы на основе их способности перемещаться через поры различных размеров, что является более функциональным подходом к пониманию их экологических ролей. Хотя методология различается, результирующие границы между группами, как правило, схожи, и существует широкий научный консенсус относительно того, какие организмы принадлежат к каждой соответствующей категории, будь то определенной по размеру или по мобильности.

В биологических терминах, организм — это любая целостная живая система, такая как животное, растение, гриб или микроорганизм. Все организмы, в своей самой основной форме, способны реагировать на стимулы, размножаться, расти и развиваться, поддерживая гомеостаз. Это фундаментальное определение применимо ко всем представителям почвенной биоты, от мельчайшего микроба до самого крупного дождевого червя, объединяя сообщество через общие биологические процессы.

Организмы могут быть одноклеточными, состоящими из одной клетки, как большинство бактерий, или многоклеточными, состоящими из многих триллионов клеток, организованных в специализированные ткани и органы. Термин "многоклеточные" описывает любой организм, состоящий более чем из одной клетки, и охватывает подавляющее большинство мезо- и макробиоты. Эта клеточная сложность позволяет осуществлять специализацию функций, которые необходимы для круговорота питательных веществ, формирования структуры почвы и общего здоровья экосистемы, которую они населяют.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Rebekka Artz, The Macaulay Land Use Research Institute, UK Dimos Anastasiou, Bio4met, Greece Dominique Arrouays, L’Institut National de la Recherche Agronomique, France Ana Catarina Bastos, Cranfield University, UK Anna Bendetti, Istituto Sperimentale per la Nutrizione delle Piante

Источник: European Atlas of Soil Biodiversity

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам биологических и экологических специальностей, почвоведам, экологам-практикам, а также всем, кто интересуется основами почвенного биоразнообразия и функционирования наземных экосистем.