Вплив
дощових черв'яків на грунтоутворення
Вступ
Поверхня
більшої частини суші покрита грунтами. Властивості грунтів (поряд з кліматичними
умовами) визначають можливість заселення їх тією чи іншою рослинністю, а
остання в свою чергу визначає характер населення тварин, що мешкають в
грунті і на її поверхні в даній ділянці суші. Таким чином, грунт - це в
повною мірою "основа життя". Наявність родючих грунтів є також необхідною
передумовою для появи та розвитку землеробства і скотарства.
Освіта
грунтів з гірських порід і зміна властивостей вже існуючих грунтів, тобто
грунтоутворення, - сукупність процесів, що почалися одночасно з
виникненням суші і йдуть безперервно всюди до теперішнього часу. Перший
етап процесу грунтоутворення здійснюється силами неорганічної природи:
сонячні промені, що викликають нерівномірне нагрівання гірських порід, атмосферне
повітря і вода є головними геологічними факторами грунтоутворення. Але
паралельно з цим діють і поступово виходять на передній план
біологічні фактори. В даний час загальновизнано, що грунт являє
собою цілісний комплекс мінеральних і органічних речовин з живими організмами.
Її неживі складові частини, взяті окремо від населяють грунт організмів, вже
не є грунтом, і рівним чином грунтово населення без середовища його перебування
- Лише абстрактне поняття. Сукупність результатів життєдіяльності
грунтових організмів складає комплекс біологічних факторів
грунтоутворення.
Мета даної
роботи - простежити роль дощових черв'яків в процесі грунтоутворення з метою
подальшої розробки методів корисного використання цих тварин у
землеробстві, а також в утилізації органічних відходів міського і сільського
господарства (вермікультівірованіе).
Літературний
огляд
Про те, що
дощові черв'яки покращують якість грунту, було відомо ще в давні часи.
Однак роль дощових черв'яків як тварин - почвообразователей була вперше
висвітлена науково і зрозуміла у всьому її значенні Чарльзом Дарвіном. У результаті
своїх чудових досліджень, присвячених цьому питанню, він прийшов до
висновку, що "навряд чи знайдуться інші тварини, які грали б настільки велику
роль в історії світу, як дощові черв'яки ". Згодом відомості про дощових
хробаків і їх ролі у грунтоутворенні були значно поглиблені й розширені
працями таких вчених, як Н.А. Димо, М.С. Гіляров, Г.Н. Висоцький.
Однак якщо
питання про важливе значення дощових черв'яків для процесу грунтоутворення НЕ
викликає сумнівів у фахівців, то ці відомості ще недостатньо далеко
проникли в середу біологів і грунтознавців, не кажучи про широких масах осіб, так чи
інакше пов'язаних із землеробством, садівництвом і лісівництва. Досить поширена
думку, що дощові черв'яки нібито можуть завдати якоїсь шкоди рослинам. За
Принаймні багато господарів старанно вибирають з городніх гряд і
знищують, не знаючи того, що їх присутність не може принести нічого, крім
користі.
Для того щоб
зрозуміти як треба процес грунтоутворення і правильно оцінити роль дощових
хробаків у цьому процесі, потрібно було б врахувати діяльність інших тварин і
рослинних організмів, пов'язаних з грунтом, а також розглянути і інші
фактори грунтоутворення. Але зробити це ми не в змозі, тому що проблема
грунтоутворення становить основний зміст всього сучасного грунтознавства
- Великої науки, що при вирішенні цієї проблеми користується даними суміжних
наук: геології, бактеріології, ботаніки та грунтової зоології.
У науковій
літературі думка про позитивну роль дощових черв'яків у грунтоутворенні була
вперше висловлена англійським натуралістом Гілбертом Вайтом в його книзі,
опублікованій в 1789 р., де він пише, що земля без дощових черв'яків була б
"Холодної та непітательной". Однак основними дослідженнями цього питання до
сих пір є роботи Дарвіна (Darwin, 1881), який зацікавився
дощовими хробаками ще в молоді роки. У 1837 р. він зробив в Лондонському
геологічному суспільстві доповідь на тему: "Про утворення грунтового шару", у
якому виклав теорію, згідно з якою частки грунту весь час виносяться
дощовими хробаками з глибини на поверхню, завдяки чому предмети, що лежать
на землі, виявляються через кілька років на глибині 6-10 см під дерном.
Таким чином, весь грунтовий шар виявляється пройшли через шлунок черв'яків.
Вплив
дощових черв'яків на провітрювання і дренаж грунтів.
Вже саме
наявність ходів дощових черв'яків у грунті змінює її властивості. Раніше ми відзначили
значення свердловинного грунту. Абсолютно ясно, що чим більше дощові черв'яки
пророблять ходів у грунті, тим більш сприятливі умови будуть створені для
проникнення в неї повітря і води. І те, й інше є обов'язковим для ряду
хімічних процесів в грунті, а, головне, повітря і вода складають неодмінні
умови для життя грунтових організмів, в першу чергу бактерій і грибків,
діяльність яких відіграє визначну роль у постачанні Конєва систем вищих
рослин необхідними для них речовинами. Речовини перегною грунти перетворюються
мікроорганізмами в розчинні хімічні сполуки, і за допомогою коренів
рослини мають необхідні для них азот, фосфор, калій та інші елементи.
Повітря в почвеімеет значення ще й як джерело одержання азотистих з'єднань,
що відбувається особливими грунтовими бактеріями. Таким чином, дощові черв'яки
сприяють здійсненню і цього істотного ланки в процесі кругообігу
азоту, полегшуючи циркуляцію повітря в грунті і проникнення його в глибокі
грунтові шари.
Крім того,
порожнини в грунті, різного походження і різних розмірів, являють
собою основні місця мешкання різних груп дрібних грунтових тварин,
беруть участь як у виготовленні перегною, так і в його подальшій
обробці.
Грунти,
населені дощовими хробаками, бувають дуже рясно пронизані їх ходами. Це
відбувається завдяки тому, що один черв'як може прорити цілу систему ходів,
сполучених один з одним і що виходять в декількох місцях на поверхню.
Наприклад, спостереження за роботою в грунті одного орного хробака в спеціально
зробленому для цієї мети тераріумі зі скляними стінками показали, що черв'як,
спочатку заглибившись у землю, вийшов з неї назад, пройшовши інше зовнішнє
отвір. На другий день черв'як повернувся в глибину, зробив там горизонтальний
хід і знову вийшов на поверхню. Далі він то користувався старими ходами, то
проривало нові, і через 21 день утворилася складна система частиною занедбаних
і засипали, частиною діючих ходів, що йдуть у різних напрямках і під
будь-яким кутом до горизонту. Стінки ходів покриті шаром слизу і випорожнень хробака,
які з великими труднощами піддаються руйнуванню водою. Це надає їм набагато
більшу міцність в порівнянні з випадковими тріщинами в грунті.
Таким чином,
діяльність черв'яків забезпечує найважливіші фактори грунтової родючості --
аерацію і дренаж. Невентілірованние і недреніруемие грунту позбавлені хробаків і
агрономічно - дуже низької якості. Зрозуміло, не відсутність черв'яків робить
їх такими. Навпаки, хробаків там немає в силу хімічних особливостей грунту. Але
якщо грунт придатна для життя черв'яків, то її цінність безсумнівно підвищується
пробуравліваніем хробаками.
Не можна не
відзначити ще один важливий наслідок наявності ходів у грунті. У степових посушливих
районах рослинам доводиться добувати вологу з великих глибин і коріння, щоб
досягти води, необхідно пробиватися через товщу абсолютно висохлого
грунту. Як встановлено Г.М. Висоцьким, коріння доростають до водоносних шарів,
користуючись ходами черв'яків. На глибині 2 м немає ні одного кореня, який би пробив
собі дорогу самостійно; вони йдуть всередині ходів дощових черв'яків. Часто коріння
спаюються разом всередині ходу, так як вони виявляються здавленим навколишнім
їх сухим грунтом.
За ходами хробаків
проникають у глибокі шари грунту не тільки повітря, вода і коріння рослин: стінки
ходів і сусідні з ними ділянки грунту заселяються мікробами та іншими
грунтовими організмами; ходи червів служать провідниками життя вглиб грунту.
Таблиця 1
Кількість
ходів хробаків у полі та в лісі. (з М. Е. Ткаченко, 1908)
Глибина (в м)
Парове поле
Ліс
дубовий
Ялиновий
0,1
232
152
12
0,2
228
152
8
0,3
272
88
52
0,4
208
64
20
0,5
96
24
20
Вплив
дощових черв'яків на перемішування землі та винесення її на поверхню.
Черви не тільки
дренує грунт. Численними експериментами підтверджена чимала роль
хробаків у процесах перемішування землі та її винесення на поверхню. Свого часу
цими процеси серйозно вивчав Чарльз Дарвін. Він зауважив, що предмети, що лежать
на поверхні землі, виявляються через деякий час під нею, причому
швидкість їх занурення не залежить від їх питомої ваги. Одне зі спостережень
Дарвіна показує, що шматки кам'яновугільних шлаків, які були розсипані по
ділянці пустки, виявилися через 15 років покритими шаром грунту товщиною в 6,25
см, не рахуючи дерну. Ще шість з половиною років по тому полі було вдруге
досліджено, і шар шлаку був знайдений на глибині від 10 до 12,5 см. Таким
чином, грунтовий шар щорічно товщають приблизно на 0,5 см. Виявляючи
причини цього явища, Дарвін добре усвідомлював, що крім діяльності хробаків
тут діють і інші фактори, такі як вітер, потоки дощової води,
діяльність інших тварин (особливо кротів і мурах). Однак в умовах
вологого клімату і на рівних місцях головна роль у цьому процесі безсумнівно
належить риє твариною, і в основному дощовим черв'якам.
Цей висновок
підтверджують численні досліди, які відтворюють в штучних умовах
явища, які спостерігав Дарвін. Один з дослідів полягав у тому, що в одну
половину скляної посудини з плоскими стінками було насипано земля, а в іншу
- Крупний гравій, не прохідний для хробаків. Зверху грунт і гравій були покриті
прямокутними пластинками з фаянсу. У землі містилися дощові черв'яки,
яким давалася їжа, і в ній підтримувалася необхідна вологість. За
після часу фаянсові платівки опинилися глибоко під поверхнею
грунту, а в частині судини, недоступною для хробаків, вони залишилися в попередньому
положенні на поверхні.
Описані вище
явища є результатом заковтування грунту дощовими черв'яками. Після
проходження грунту через кишечник черв'яків грудочки грунту викидаються у вигляді
копролітов (від. грецьких слів kopros - "гній", і lithos - "камінь").
Копроліти являють собою сферичні або подовжені грудочки землі розміром
1-5 мм. У свежевиброшенних копролітов-гладка поверхня; вони можуть
склеюватися один з одним у агрегати розміром до 20 мм і більше. Копроліти
викидаються хробаками у вигляді купок висотою 3 - 15 мм, що закривають зазвичай
зовнішній отвір ходу хробака, хоча значна частина копролітов відкладається
і в підземних ходах.
Таким чином,
завдяки дощовим черв'якам відбувається перемішування шарів грунту. Заковтування
хробаками грунту і винесення її на поверхню являє собою безперервно йде
процес утворення нового поверхневого шару, в якому частки грунту з
різних глибин виявляються ретельно перемішаними один з одним.
Перемішування
шарів грунту йде не тільки завдяки винесенню частинок грунту з глибини на
поверхню, не менше значення має переміщення частинок з поверхневих
шарів у глибину. Це може відбуватися шляхом стікання разом з водою
розмоченого дощем гумусного шару ходами дощових черв'яків, а також
безпосередньо шляхом відкладання вивержень в підземних ходах, часом на
великій глибині. Слід зауважити, що перед згортанням в клубок при впадінні
в сплячку в зимових та літніх камерах обов'язково опоражнівается кишечник, причому
це відбувається зазвичай неподалік від камер, тобто на значній глибині.
Велике
кількість вивержень черв'яків нходітся ткже в дерново шарі грунту. Про це
свідчать дані С. І. Пономарьової:
Таблиця 2.
Кількість викидів дощових черв'яків на різних ділянках дерново-підзолистої
грунту в Московській області (1953г.)
ділянку
Викиди, зібрані на поверхні (в т
на 1 га)
Викиди в грунті, у зоні кореневих систем
Загальна к-сть вики-
сов дощ-
вих черв'яків
Число дощ-
вих черв'яків на 1 га
в т на 1 га
У% до ваги всієї грунту
Посівні трави
1-го року користування
7,8
4,0
9,7
11,8
1520000
Те ж,
2-го року користування
26,2
25,8
48,1
52,0
1790000
Озима пшениця
11,2
2,3
20,2
13,5
880000
Пар, зайнятий картоплею
3,2
Не визна-делено
Не визна-делено
-
800000
Жито з під-сівбою трав
2,7
6,2
13,6
8,9
320000
Ліс дубовий
16,0
Не визна-делено
Не визна-делено
-
2940000
З таблиці
видно, що в деяких випадках в зоні коренів рослин вивержень хробаків
виявляється не менше, ніж на поверхні, а іноді і більше (на житньому полі).
Таким чином, якщо враховувати не тільки дерновий, але і більш глибокі шари
грунту, то виявиться, що більша частина вивержень не виноситься назовні, а
залишається всередині грунту. Цілком можливо, що наверх надходить тільки те
кількість вивержень, яка необхідна для захисту норки від проникнення
холодного повітря.
Процес
перемішування грунту дощовими черв'яками можна простежити, провівши нескладний, але
досить показовий досвід (Пономарьова 1953). У посудину з плоскою скляній
стінкою насипається шар дрібного світлого грунту (наприклад, лес), а зверху
такий же обсяг просіяної через сито темної грунту, багатої перегноєм. У посудину
запускаються 6 дощових черв'яків і створюються умови їх нормальної
життєдіяльності. Через 17 днів шар світлого лесу виявляється пронизаним до
дна ходами черв'яків, причому значна частина їх була заповнена копролітамі
темного кольору, а через 110 днів вся грунт в посудині повністю перемішана. При
цьому загальний обсяг грунту збільшується (це пояснюється збільшенням її скважність
внаслідок виникнення ходів черв'яків і проміжків між утворилися
структурними одиницями). Звичайно, у природі цей процес іде з набагато меншою
швидкістю, але все ж таки він має величезне значення в еволюції грунтів.
Викладені вище
дані пояснюють, чому межа між темним шаром грунту, що містить гумус, і
такими, що підлягають, більш світлими шарами в природі ніколи не буває різкою, а завжди
розмита і невиразно.
До цих пір мало
усвідомлена та роль, яку відіграють дощові черв'яки в землеробстві, перемішуючи
добрива з грунтом. Деякі вчені, зокрема, Франц (Franz, 1950)
вважають, що гній у грунтах, позбавлених дощових черв'яків, може лежати роками, не
перегнівая і не змішуючись з грунтом; він набуває торф'янисті характер і не
тільки не покращує грунту, а навіть погіршує її. З цим можна погодитися, але не
варто забувати, що в розподілі гною в грунті відіграють роль не тільки
дощові черв'яки, але і грунтові комахи, хоча роль останніх у даному випадку
другорядна.
Об'єднавши всі
факти, викладені в цьому розділі можна зробити висновок, що вся маса грунту,
заселеній дощовими хробаками (а такими є більша частина грунтів земної
кулі), за час свого існування пройшла через кишечник дощових черв'яків і,
можливо, неодноразово.
Вплив
дощових черв'яків на структуру і хімічний склад грунтів.
Грунт, проходячи
через кишечник дощових черв'яків, не тільки переміщається з одного місця на
інше, а й якісно змінюється. Земля, заглоченная хробаком, перетирається в
його шлунку з листям та іншими рослинними рештками, а також піддається
хімічній обробці за допомогою речовин, що виділяються залозами різних відділів
кишечника. У результаті виходить дрібна однорідна харчова кашка, з якої
деяка частина розчинених речовин всмоктується клітинами Кішечніка. Хробак
утилізує, звичайно, дуже невелику частину заглоченних речовин.
Розглянемо
перш за все, як відображається проходження грунту через кишечник хробака на
вміст в ній гумусу. З щойно сказаного ясно, що в результаті
заковтування грунту хробаками кількість гумусу в ній повинно зменшуватися. Але не
варто забувати, що черв'яки живляться не тільки гумусом, але й різними відмерлими
частинами рослин, які затягують всередину грунту, перемелюються, піддаються
хімічній обробці, і викидаються назад в грунт, де піддаються
подальшій обробці бактеріями та активними хімічними речовинами, в
внаслідок чого перетворюються на гумус. Отже, дощові черв'яки є
одночасно і споживачами, і виробниками. гумусу грунтів.
Справедливості
заради варто відзначити, що роль деяких видів дощових черв'яків у виробництві
гумусу дуже скромна. Так, наприклад, Ейзенах Норденшельд (Eisenia
nordenskioldi) живиться виключно всередині грунту, а значить не вносить в грунт
органічних речовин з поверхні.
Копроліти
великого червоного черв'яка містять більшу кількість гумусу в порівнянні з
грунтом, в якій вони жили. Є вказівки наповишенное вміст гумусу в
облицювання ходів деяких люмбріцід. Однак у загальному треба сказати, що
діяльність дощових черв'яків як просвітників гумусу не має особливого
значення. Їх головна роль у перетворенні грунтів полягає не в цьому, тому що
участь олігохет, енхітреід, інших грунтових бівотних і мікробів в освіті
гумусу незрівнянно більше. До того ж, дощові черв'яки живляться залишками
рослин, у яких уже досить просунуті бактеріальні процеси гниття
(зелений корм вони беруть вкрай неохоче), а отже їх не можна вважати піонерами
освіти гумусу, вони лише обробляють продукти, які є
"Напівфабрикатами".
Більш важливі
непрямі наслідки внесення дощовими хробаками в грунт органічних речовин.
Хімічними аналізами підтверджено накопичення в виверженнях черв'яків мміака,
нітратів, фосфорної кислоти, кальцію і магнію.
Істотно
також накопичення в кишечнику хробаків кальцію у вигляді біогенного кальциту. Кальцит
- Це мінерал, який являє собою кристали вуглекислої вапна. Спосіб
освіти цих кристалів в точності не встановлено, але можна припустити,
що кальцій, який надходить з листям і грунтом в кишечник хробаків у вигляді найтоншим
чином розпорошеної суспензії оксиду кальцію, перетворюється на вуглекислу сіль,
яка кристалізується в стравоході. Кристали при русі по кишечнику
ростуть, а потім з'єднуються один з одним, утворюючи компактні камшкі розміром
до 1,5 мм і більше.
Аналізи
С. І. Пономарьової (1953) показують, що вміст біогенного кальциту в
копролітах, зібраних у різних ділянках дерново-підзолисті грунти, коливається
від 0,82 (озима пшениця) до 34,12 кг (посівні трави другого року користування)
на 1 га. Присутність біогенного кальциту сприяє нейтралізації кислот в
грунті і змінює її структурні властивості.
Відомо, що
при розкладанні відмерлих частин рослин утворюються кислоти. Але незважаючи на це
реакція кпролітов дощових черв'яків виявляється помітно лужний. Майже така ж
лужність характерна для верхнього шару грунту, нещодавно створеного копролітамі
хробаків. Більш глибокі шари лісових грунтів можуть виявитися значно кислими.
Можливо, це пов'язано зі зменшенням в цих шарах дощових черв'яків.
Тим не менше,
найважливіше значення дощових черв'яків полягає в наданні грунті зернистою
структури. Механічний аналіз копролітов показує, що в порівнянні з
вихідної грунтом в них міститься більша кількість дрібних, пилуватих частинок.
Однак виявити їх можна тільки після штучного руйнування структурних
окремо, у які вони злипаються в задніх відділах кишечника. Окремі
грудочки вивержень можуть зливатися одна з одною. Численні досліди
підтверджують освіту з дрібної грунту досить великих окремо
неправильної форми. Головною особливістю таких структурних окремо складається
в їх високої водопрочності, тобто здатності протистояти розмивання водою.
Дуже ймовірно, що це пояснюється наявністю каркаса з неразложівшіхся волокон
рослин. До того ж грунтові зернятка цементуються кристалами окису кальцію
і його вуглекислої солі.
Дослідженнями
підтверджено, що питома вага копролітов менше питомої ваги інших фракцій
грунту. Це говорить про велику скважність копролітов. Вода може проникати всередину
копроліта і циркулювати в ньому, повільно підточуючи його і виносячи назовні
невеликі порції речовин, що використовуються мікроорганізмами і рослинами.
На копролітах
виявляється набагато більше бактерій, ніж на інших фракціях грунту. Тут же
селяться грибки, а такде ряд тварин, що харчуються грибками та бактеріями (нижчі
безкрилі комахи, кліщі, нематоди). Таким чином, ми бачимо приклад зв'язків,
з'єднують організми грунту в єдине ціле.
Висновок
Отже, дощові
черв'яки є дуже важливим фактором грунтоутворення. Без них не могло б бути
грунтів в тому вигляді, в якому ми їх спостерігаємо. Це, звичайно, не дає права
переоцінювати їх роль у грунтоутворенні, тому що якщо б не існувало
великої кількості інших факторів, що діють в тому ж напрямку, то
діяльність черви не мала б сенсу.
Дощові черв'яки
включаються в процес грунтоутворення, коли гуміфікація грунту вже в повному
розпалі. Значення дощових черв'яків виступає на перший план, коли гумус вже
створений і виникають задачі про його розподілу по різним верствам грунту, про
розпушенні її, про постачання всього величезної кількості гуміфікаторов повітрям і
водою, про оберігання гумусу від швидкого вимивання з грунту, про видалення
надлишків рослинних залишків з поверхні грунту, про нейтралізацію кислот, про
консервації поживних матеріалів для рослин у водопрочних копролітах.
Слід також
звернути особливу увагу на те, що діяльність дощових черв'яків у
грунтоутворенні пов'язана з деятенльностью інших фізичних, хімічних і
біологічних агентів, що беруть участь в цьому процесі. Ще В. В. Докучаєв говорив,
що "грунти і грунти є дзеркало, яскраве й цілком правдиве відображення, так
сказати, безпосередній результат сукупної, досить тісного, вікового
взаємодії між водою, повітрям, землею, з одного боку, тваринами та
рослинними організмами та віком країни, з іншого, цими одвічними і
понині живуть почвообразователямі ". Викладені в даній роботі факти
показують, що дощові черв'яки відіграють далеко не останню роль в цьому "віковому
взаємодії ", яке створило гумусні грунту всього світу, які є
передумовою для виникнення пишної рослинності, а отже харчової
базою для всіх наземних тварин і людини.
Список
літератури
Гіляров М.С.
1949. Особливості грунту як середовища проживання та її значення в еволюції комах.
Изд. АН СССР, М.-Л.
Гіляров М.С.,
Кріволуцкій Д.А. 1985. Життя в грунті. -М.: Мол. Гвардія,
Перель. Т.С.
Розповсюдження і закономірності розподілу дощових черв'яків фауни СРСР.
М.: Наука, 1979
Пономарьова С.І.
Роль життєдіяльності дощових черв'яків у створенні міцної структури в
травопільних сівозмінах. Грунтознавство, 1950
Чекановський
О.В. Дощові черв'яки і грунтоутворення. М.: АН СССР, 1960
