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 cianobaktērijas 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. Brīvi dzīvojošas, bet spēj ieurbties saknēs caur sakņu spurgaliņām un vairoties saimniekauga (tauriņzieži) 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

Bioloģija