Augsnes ekoloģija

Augsnes ekoloģija ir ekoloģijas nozare, kas pēta augsnes ekosistēmu struktūru un funkcijas, kā arī faktorus, kas to ietekmē. Augsnes ekoloģija ir saistīta ar tādām zinātnes nozarēm kā augsnes zinātni, augsnes mikromorfoloģiju, augsnes mikrobioloģiju, augsnes zooloģiju un augsnes bioķīmiju.

Augnes ekosistēmas funkcijas ir organisko atlieku noārdīšanās, humusa veidošana, barības elementu akumulācija un slāpekļa aprites nodrošināšana.

Bioķīmiskie procesi augsnē

Organisko atlieku mehānisko sasmalcināšanu veic augsnes saprofāgi, bet ķīmisko vielu sadalīšanu un transformāciju veic augsnē esošie mikroorganismi – baktērijas un sēnes. Vielu ķīmiskā transformācija notiek arī saprofāgu gremošanas traktā, kur uz augu atliekām iedarbojas simbiontiskā mikroflora, kā arī saprofāgu gremošanas sulas.

Ir pierādīts, ka augsnē esošo dzīvnieku gremošanas traktā var notikt arī humusvielu veidošanās. Mikroorganismiem ir “ārējā gremošana”. Tie izdala vidē īpašas olbaltumvielas – enzīmus, kas darbojas kā katalizatori bioķīmiskajās reakcijās augsnes ūdens šķīdumā. Šajās reakcijās organiskās vielas tiek sašķeltas un/vai pārveidotas citās vielās.

Apdzīvojošie organismi

Augsni apdzīvo vīrusi, baktērijas, sēnes, augsnes aļģes un dzīvnieki, augu saknes.

Baktērijas

Augsnes baktēriju ekoloģiskās grupas

• Saprofītiskās baktērijas
• Brīvi dzīvojošie slāpekļa fiksātori
• Simbiotiskās baktērijas (mutualistiskās baktērijas)
• Patogēni
• Fototautotrofās baktērijas

Fotoautrofās baktērijas enerģiju iegūst no Saules starojuma, līdzīgi kā zaļie augi fotosintēzes procesā. Pie fotoautotrofiem pieder ciānbaktērijas jeb zilaļģes.

Saprofītiskās baktērijas veic dažādu augsnes organisko vielu noārdīšanu, kuras ietilpst augu, dzīvnieku, sēņu un citu mikroorganismu atliekās, kā arī dzīvnieku ekskrementos. Organisko atlieku noārdīšanas procesā saprofītiskās baktērijas atbrīvo organiskajā vielā ieslēgto enerģiju un daļu no tās izmanto savu dzīvības procesu nodrošināšanai. Tās kalpo kā barība daudziem augsnes dzīvniekiem – bakteriofāgiem. Saprofītiskās baktērijas novērš slāpekļa, fosfora u. c. biogēno elementu izskalošanos no augsnes sakņu zonas. Dažas saprofītisko baktēriju grupas spēj noārdīt pesticīdus un piesārņojošās vielas, piemēram, naftas produktus.

Anaerobās sporas veidojošās baktērijas – cukurus saraudzējošās – daudzas no tām spēj fiksēt slāpekli un saraudzēt ogļūdeņražus, cieti, pektīnu, celulozi. Sazarotas dažādas formas baktērijas ar ļoti smalku micēliju < 1.5 μm diametrā, vairums brīvi dzīvojošas, koncentrējas vietās ar augstu organisko vielu koncentrāciju, bet ir arī dzīvnieku un cilvēka slimību ierosinātāji, augu endoparazīti.

Simbiotiskās baktērijas veido abpusēji izdevīgu kopdzīvi ar augiem. Augi nodrošina baktērijas ar organiskajām vielām, ko tie radījuši fotosintēzē. Baktērijas saista no atmosfēras gaisa slāpekli un nodrošina ar to augu. Gumiņbaktērijas (Rhizobium) – kustīgas nūjiņas, neveido sporas. Šīs baktērijas ir brīvi dzīvojošas, bet spēj ieurbties saknēs caur sakņu spurgaliņām un vairoties saimniekauga (tauriņziežu) šūnās, kur spēj fiksēt gaisa slāpekli. Gumiņbaktērijas sākumā piestiprinās saknes spurgaliņas šūnas virsmai. Baktērijas ietekmē saknes audu šūnas dalās un izveido gumiņus.

Patogēnās baktērijas izraisa augu, dzīvnieku un cilvēka slimības. Augos patogēnās baktērijas iespiežas caur sakņu sistēmu. Dzīvnieki un cilvēks var inficēties, nonākot saskarē ar augsni.

Augsnes baktēriju ekoloģiskā nozīme

• Ķīmisko elementu imobilizācija jeb saistīšana
• Organisko vielu mineralizācija
• Augsnes bezmugurkaulnieku zarnu trakta simbionti
• Augsnes bezmugurkaulnieku barības objekti
• Apauguma veidošana uz augsnes daļiņām, kam piemīt biomembrānas īpašības
• Augu augšanas veicināšana
• Augu patogēno saslimšanu ierosinātāji
• Augsnes agregātu veidošanas procesu veicināšana
• Augsnes pašattīrīšanās procesu veicināšana, ķīmiskā piesārņojuma sadalīšana
• Biogēno elementu migrācija

Sēnes

Visas sēnes ir heterotrofi organismi. Tās izdala vidē enzīmus, kas šķeļ dažādas organiskās vielas, t. sk. lignīnu, keratīnu u.c. grūti noārdāmas vielas. Diennaktī sēnes sadala 2-7 reizes vairāk organisko vielu, nekā patērē.

Sēņu ekoloģiskā nozīme

Sēnēm ir plaša ekoloģiskā nozīme, tās satur pigmentu melanīnu, kurš, pēc sēņu atmiršanas nonākot augsnē, kļūst par humusa sastāvdaļu. Sēņu micēlija tīklojums veicina augsnes daļiņu agregāciju, nodrošinot augsnes struktūru un izdala organiskās skābes, kuru iedarbībā tiek noārdīti grūti šķīstošie fosfātu minerāli. Sēnes meža skābajās augsnēs veicina nitrifikāciju un regulē vienšūņu un kaitīgo nematožu skaitu augsnē.

Mikoriza

Mikoriza ir ir sēņu un augu simbiotiski–mutuāliskas attiecības, sēņu hifām kolonizējot auga saknes. Šajās attiecībās abi organismi gūst labumu. Sēne augam piegādā minerālvielas un ūdeni, savukārt, fotosintezējošs augs sēnei piegādā oglekli.

Mikorizu ekoloģiskā nozīme

• Uzlabo barības vielu uzņemšanu
• Palielina izturību pret sausumu un kaitēkļiem
• Palielina izturību pret toksiskajiem smagajiem metāliem
• Uzlabo augsnes stāvokli
• Palielina augsnes mikroorganismu bioloģisko daudzveidību

Fauna

Augsnes fauna ir ļoti bagātīga. To apdzīvo gan vienšūņi, gan kukaiņi, gliemeži un posmtārpi. Galvenās grupas pēc barošanās ieradumiem ir fitofāgi, zoofāgi jeb plēsēji un bakterofāgi. Augsnē var dzīvot gan aerobi organismi, gan anaerobi organismi, dzīvojot ūdens pilienos starp augsnes daļiņām. Liela daļa organismu kādā dzīves posmā var attīstīties virs zemes un vēlāk dzīvi turpināt augsnē vai otrādi. Augsnes dzīvnieki regulē augsnes mikroorganismu populācijas, iespiežoties vissīkākajās augsnes agregātu spraugās.

Augsnes stāvokļa bioindikācija

Indikācijas nolūkiem ir jāizmanto nevis viena suga, bet sugu komplekss. Augsne ir nevis viena ekoloģiskā faktora, bet gan šo faktoru kompleksa darbības rezultāts. Saskaņā ar Šelforda likumu, organisma, sugas stāvokli nosaka tas ekoloģiskais faktors, kura vērtības atrodas vistuvāk minimālajam vai maksimālajam kardinālajam punktam. Konkrētās sugas organismu klātbūtne vai iztrūkums biotopa augsnē var indicēt kādu vienu ekoloģisko faktoru. Jo vairāk sugu tiks izmantotas, jo precīzāk var raksturot visu biotopa augsnē valdošo ekoloģisko faktoru kompleksu.

Avoti

• Campbell N.A. 1996. Biology. Fourth edition. California
• Smith S.E., Read D.J. 2008. Mycorrhizal Symbiosis. Thrid edition. London
• Wiley J.2000, Soil Microbiology, 2nd edition,Tate
• Burges, A., and Raw, F., 1967, Soil Biology: Academic Press