Экология, разнообразие и функциональная структура почвенных сообществ

Предмет изучения и исторический контекст почвенной экологии. Экология почвенных сообществ исследует сложные взаимодействия между организмами и абиотическими факторами в почвенной среде. Несмотря на ключевую роль в функционировании биосферы, знания о подземной биоте остаются фрагментарными по сравнению с наземными экосистемами, что обусловлено методическими сложностями и отсутствием прямой визуальной наблюдаемости. Научный интерес к этой сфере возник ещё в XVII веке, что подтверждается историческими документами и иллюстрациями, такими как старейшее известное изображение почвенного клеща (рис. 7.3). Современная наука признаёт почвенную биоту критически важным хранилищем глобального биоразнообразия и основным регулятором процессов разложения и круговорота элементов.

Рис. 7.3: Старейшее из известных изображений почвенного клеща.

Таксономическое и функциональное разнообразие почвенных организмов. Почвенные организмы формируют основу трофических сетей и обеспечивают жизненно важные экосистемные услуги. По приблизительным оценкам, на одном участке могут обитать тысячи видов беспозвоночных, а также неисследованное множество микроорганизмов и простейших. Доминирующими группами по численности и биомассе являются микроорганизмы (бактерии и грибы), представленные десятками тысяч генетических вариантов в одном грамме почвы. Почвенная фауна включает нематод, микроартропод (клещей и коллембол), энхитреид, дождевых червей и макрофауну (жуков, пауков), традиционно классифицируемых по размерным классам: микро-, мезо- и макрофауна.

Методические сложности оценки и пространственная изменчивость. Получение репрезентативных оценок численности и биомассы почвенных беспозвоночных осложнено высокой пространственно-временной гетерогенностью и различиями в методах отбора проб. Большинство исследований исторически сфокусировано на лесах умеренного пояса, тогда как тропические и агроэкосистемы изучены недостаточно. Таблица 7.1 демонстрирует диапазоны численности ключевых групп в лесных биотопах, где максимумы наблюдаются в оптимальных условиях. Для сравнения, в сельскохозяйственных почвах, подверженных вспашке, уплотнению и применению пестицидов, показатели обилия, как правило, значительно ниже.

Таблица 7.1: Численность основных групп почвенных беспозвоночных в регионах с умеренным климатом (преимущественно в лесах): средние и максимальные значения.

Трофические взаимодействия и сложность пищевых сетей. Почвенная фауна демонстрирует исключительно гибкие трофические стратегии, включая фитофагию, детритофагию, хищничество и всеядность. Многие виды способны переключаться между стратегиями в зависимости от доступности ресурсов. Взаимодействия внутри сообществ выходят за рамки простых отношений «хищник-жертва», включая, например, комменсализм. Яркой иллюстрацией служат некоторые виды псевдоскорпионов, использующие жуков для форезии (пассивного расселения), получая преимущества в транспортировке и защите, не причиняя вреда хозяину.

Сравнительный анализ сообществ в различных типах экосистем. Структура почвенных сообществ кардинально различается в зависимости от типа экосистемы. В средиземноморских лесах, таких как пробковый дуб (рис. 7.5), сообщество часто богато макроартроподами (жесткокрылые, пауки, муравьи) с разнообразными популяциями коллембол (рис. 7.7). Процентное соотношение групп макроартропод в таком биотопе показано на рис. 7.6. В отличие от этого, скандинавские хвойные леса на кислых почвах характеризуются доминированием энхитреид, ногохвосток и клещей при практическом отсутствии дождевых червей. Центральноевропейские буковые леса на плодородных почвах, напротив, отличаются высокой биомассой дождевых червей и разнообразной макрофауной.

Рис. 7.5: Типичный лес из пробкового дуба в Португалии.

Рис. 7.6: Процентное соотношение видового разнообразия почвенных макроартропод в лесу из пробкового дуба на юге Португалии (отбор проб по методу ISO).

Рис. 7.7: Профиль сообщества коллембол по численности и видовому богатству в лесу из пробкового дуба (отбор проб по методу ISO).

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.