Почвы, которые сегодня присутствуют на Земле, были образованы в результате жизнедеятельности бактерий. Перерабатывая минеральные частицы горных пород и смешивая их с продуктами переработки отмерших органических соединений и результатом собственной жизнедеятельности, микроорганизмы постепенно превратили безжизненные скалистые долины нашей планеты в плодородные земли. Живые микроорганизмы и бактерии - важнейший элемент цепи естественного круговорота в природе. Считается, что именно они являются двигателем этого процесса.
В природе их очень много: всего в одном грамме лесного грунта содержатся десятки и даже сотни миллионов почвенных бактерий разных видов и подвидов.
Естественный круговорот
В процессе роста растения воспроизводят сложнейшие органические вещества из простых веществ: воды, минеральных солей и углекислого газа. Микроорганизмы, живущие в почве, в результате своей жизнедеятельности перерабатывают отмершие части растений и погибшие организмы в перегной, разлагая тем самым сложные вещества на простые. Эти компоненты растения могут снова использовать для своего развития и роста.
Распространение почвенных микроорганизмов
Бактерий вокруг нас великое множество и распространены они почти везде. Их нет разве что в кратерах действующих вулканов и на небольших участках испытательных полигонов, где проводятся взрывы атомного оружия. Никакие другие жесткие условия окружающей среды не мешают существованию бактерий. Они спокойно переносят ледники Антарктики и живут в воде обжигающих кипящих источников, спокойно приспосабливаются к раскаленным пескам жарких пустынь и живут на скалистых склонах горных вершин. Их настолько много, что вполне возможно, что некоторые названия почвенных бактерий мы еще даже не знаем. На Земле все живые существа постоянно взаимодействуют с микрофлорой, часто выполняя при этом роль ее хранителя и распространителя.
Микрофлора почвы очень богата и разнообразна. Всего в одном кубическом сантиметре может встречаться до миллиарда бактерий. Однако популяция почвенных микроорганизмов может изменяться. Это зависит от типа и состава почвы, ее состояния, а также глубины изучаемого слоя.
Как питаются бактерии
Почвенные микроорганизмы могут получать энергию несколькими способами. Некоторые из бактерий этой группы являются автотрофными, то есть могут самостоятельно вырабатывать собственные вещества для питания, а какие-то из них в качестве питания используют в пищу органические соединения. Именно последняя группа, представляющая гетеротрофные бактерии, и заслуживает отдельного внимания. Среди гетеротрофных представителей царства микроорганизмов, выделяют три основные группы бактерий:
У каждой из этих категорий не только различный способ питания, но и образ жизни совершенно разный. Какие-то виды могут существовать только в воздушной или кисломолочной среде, каким-то микроорганизмам для полноценного существования нужен процесс гниения и разложения, а какие-то представители могут прекрасно чувствовать себя в безвоздушном пространстве. Такие бактерии могут встречаться абсолютно везде на нашей планете.
Почвенные бактерии
Среда обитания таких бактерий - почва. Они представляют собой мельчайшие одноклеточные микроорганизмы. Обитают эти существа в тончайших водных пленках в почве вокруг корневых систем различных растений. Благодаря своим небольшим размерам, они могут расти, развиваться и адаптироваться к быстро изменяющимся условиям окружающей среды гораздо быстрее, чем другие более крупные и сложные микроорганизмы. Особенности их формы позволяют этим бактериям прекрасно приспосабливаться к среде обитания, поэтому их строение за всю историю эволюции осталось в неизменном виде. Обычно такие микроорганизмы имеют форму шара, палочки или имеют изогнутую геометрию.
В своем большинстве бактерии почвенные являются хемосинтетиками, т. е. питаются продуктами, полученными в результате окислительно-восстановительных реакций при участии углекислого газа. В процессе своей жизнедеятельности они производят вещества, необходимые для роста и развития других микроорганизмов.
Семейство почвенных микроорганизмов достаточно разнообразно. Здесь присутствуют такие бактерии, как:
Азотофиксаторы
Уникальной способностью этой группы почвенных бактерий является умение усваивать молекулы азота из воздуха, что невозможно для растений. Однако в результате синтеза, произведенного азотофиксаторами, азот может усваиваться растениями. По образу существования эти бактерии делятся на свободноживущих и симбионтов, то есть тех, которым необходимо взаимодействовать с другими микроорганизмами.
Клубеньковые азотфиксаторы - симбионты, имеющие продолговатую овальную или палочкообразную форму. Обычно они вступают во взаимодействие с бобовыми культурами, такими как горох, чечевица, люцерна и т. д.
Поселившись в корневой системе, они образуют шарообразные узелки, которые видны даже невооруженным глазом, и живут внутри них. Симбиоз бактерий и растения приносит обоюдную выгоду. Данный вид микроорганизмов поставляет в корневища азот, в то время как питание почвенных бактерий происходит за счет переработки продуктов, получаемых непосредственно из растения и его отмерших частиц. Для многих растений клубеньковые уплотнения - единственный источник азотсодержащих соединений. Однако в средах с повышенным содержанием азота клубеньковые микроорганизмы прекращают вступать во взаимодействие с некоторыми растениями. Они очень избирательны и активируются только в определенных видах и сортах.
Сегодня принято делить фиксирующие азотные соединения организмы на две группы. Первая группа - это микробы, способные вступить в симбиоз с растениями. К их числу относят такие виды, как Rhizobium, Bradyrhizobium, Mezorhizobium, Sinorhizobium и Azorhizobium, которые могут жить и свободно, не вступая во взаимосвязь. Вторая группа почвенных ассоциативных азотфиксаторов - это более приспособленные к свободному существованию в почве. В качестве примера почвенных бактерий можно назвать Azospirillum, Pseudomonas, Agrobacterium, Klebsiella, Bacillus, Enterobacter, Flavobacterium Arthrobacter, Clostridium, Azotobacter, Beijerinckia и другие роды.
Бактерии гниения
Сапрофиты (бактерии гниения) обычно живут на поверхности грунта. Они обитают в верхних слоях почвы, на отмерших частях корневых систем растений, на поверхности погибших личинок. В качестве источника своей жизнедеятельности используют органическую мертвую ткань: в огромных количествах обнаруживаются на останках животных, упавших листьях и плодах растений. Результатом их жизнедеятельности является быстрое разложение и утилизация мертвых тканей. Они в значительной степени улучшают состав почвы, наполняя ее питательными веществами.
К семейству сапрофитов относится большая часть представителей почвенных бактерий. Существует два вида подобных микроорганизмов. Одни из них живут в бескислородных средах, а другим для полноценной жизнедеятельности обязательно нужен воздух. Это свободноживущие организмы, которые никогда не вступают в симбиоз.
К питательным органическим соединениям сапрофиты достаточно требовательны. Любой перерабатываемый ими продукт должен содержать определенные компоненты, что влияет на процесс их роста, развития и жизнедеятельности. Обязательные питательные соединения - это:
- азотосодержащие соединения или определенный набор аминокислот;
- витамины, белковые и углеводные соединения;
- пептиды, нуклеотиды.
Как происходит процесс
Гниение органики происходит благодаря тому, что микроорганизмы, способствующие разложению материи, обладают метаболизмом. В результате этого процесса разрушаются химические связи молекул ткани, содержащей соединения азота. Питание микроорганизмов осуществляется вследствие захвата элементов, содержащих белок и аминокислоты. В результате ферментации продуктов, поступающих в организм бактерии, из белковых соединений высвобождается аммиак и сероводород. Таким образом микроорганизмы получают энергию для своего дальнейшего существования.
В природе бактерии гниения играют первостепенную роль в восстановлении и минерализации почвы. Отсюда и часто встречающееся название бактерий этого типа - редуцент. В процессе своей жизнедеятельности редуценты превращают органические вещества и биомассы в простейшие соединения СО 2 , Н 2 О, NH 3 и другие. Среди гнилостных бактерий широко распространены аммонифицирующие микроорганизмы - неспорообразующие энтеробактерии, бациллы, спорообразующие клостридии.
Бактерии брожения
Способ питания почвенных бактерий брожения заключен в переработке органических сахаров. В естественной природной среде они обычно встречаются на поверхности растений, плодов и ягод, в молочных продуктах и в различных слоях эпителия птиц, животных, рыб и человека. В результате их жизнедеятельности происходит скисание продуктов с образованием молочной кислоты. Благодаря такому свойству их повсеместно используют в приготовлении всевозможных заквасок и кисломолочных продуктов. Молочнокислые бактерии также являются первостепенными участниками при заготовительном силосовании растительных кормов для сельскохозяйственных животных.
Почвенные молочнокислые микроорганизмы преимущественно имеют две формы - могут быть вытянуты в виде палочки или иметь сферическую форму.
Болезнетворные бактерии
Бактерии гниения (сапрофиты) и другие условно патогенные микробы, попавшие в организм человека из окружающей среды, при наличии определенных условий могут вызвать тяжелые заболевания как у людей, так и у животных. Особенно подвержены такому воздействию люди с ослабленным иммунитетом и пациенты, страдающие от авитаминоза, неврозов и постоянного переутомления. Бывают случаи, когда вызванные резидентной микрофлорой заболевания заканчиваются летальным исходом.
Сапрофитные микроорганизмы, попав в организм человека, могут вызвать бактериальный шок, развивающийся вследствие поступления в кровь большого количества условно патогенных микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности. Обычно подобное явление происходит на фоне длительных очаговых инфекций.
Нередко представители резидентной почвенной микрофлоры способствуют возникновению гнойно-воспалительных процессов и абсцессов в организме.
Однако отрицательное воздействие условно патогенные микроорганизмы на организм живых существ могут оказать лишь при появлении благоприятных для их жизнедеятельности факторов. Для улучшения земельных почв, их обогащения и минерализации такая микрофлора необходима. Ведь без нее земли вовсе перестанут быть плодородными, а это, несомненно, станет негативным фактором для естественного круговорота жизни на Земле.
Борьба с вредоносными гостями
Хорошо известно, что сапрофиты, попав в продукты питания, вызывают их порчу. Как правило, такой процесс сопровожден большим выделением ядовитых для человека веществ, сероводорода и аммиака. Субстрат может нагреваться, доходя порой до самовозгорания. Поэтому человек создает условия, в которых микроорганизмы, вызывающие гниение и разложение, теряют способность к размножению или вовсе погибают. К подобным мерам относится пастеризация, стерилизацию, соление, копчение, кипячение, засахаривание или высушивание продуктов.
Функции и значение бактерий
Почвенные микроорганизмы способствуют быстрому разложению неживой органической субстанции, образуя при этом высококачественный гумус в различных слоях грунта, необходимый для нормального развития растений. Некоторые бактерии способны ассимилировать почвенные источники азота, фосфора и железа. Они могут трансформировать или перераспределять метаболиты между частями растения. Эндорфитные микроорганизмы, живущие во внутренних слоях корневой системы растений, оказывают положительное влияние на их рост и развитие. Данная группа бактерий не только борется с патогенными микроорганизмами, но даже способна продуцировать для растения витамины и гормоны. Поэтому важность почвенной микрофлоры сложно переоценить.
[ ...]
Среди почвенных бактерий особую функцию выполняют нитрифицирующие (азотфиксирующие), играющие важнейшую роль в круговороте азота в природе. За год бактериями фиксируется 160-170 млн т азота.[ ...]
Среди почвенных бактерий особую функцию выполняют нитрифицирующие (азотфиксирующие), играющие важнейшую роль в круговороте азота в природе. За год бактериями фиксируется 160-170 млн т азота.[ ...]
Анаэробные почвенные бактерии Clostridium также нуждаются в молибдене для фиксации азота.[ ...]
Мишу с тин Е. Н. Приспособление почвенных бактерий к температурным условиям климата. «Микробиология», т. 2, вып. 2, 1933.[ ...]
Вызывают заболевание различные виды почвенных бактерий, но чаще всего Pectobacterium phytophthorum Appel. (Erwinia phytophthora Berg, et al.), проникающие в клубни черед столоны, чечевички и различные повреждения.[ ...]
Оказавшись в земле, крахмал разрушается почвенными бактериями, а в результате реакции окислителя с содержащимися в почве солями металлов образуются перекиси, которые в течение 2-3 лет превращают пластмассы в углерод и воду. Сейчас ведутся работы по изготовлению новых пластмасс, содержащих до 50% кукурузного крахмала (Курьер ЮНЕСКО, 1990, № 7).[ ...]
Круглов Ю. В., Монейм А. Разложение гербицида атразина почвенными бактериями //Почвоведение. 1983. № 7.[ ...]
Черная ножка. Заболевание вызывается различными видами почвенных бактерий. Проявляется в виде загнивания нижней части стебля. Рост больных растений замедляется. Нижние листья становятся кожистыми, ломкими, с загнутыми вверх краями, верхние скручиваются и остаются мелкими. На поперечном срезе стебля видно почернение сосудов.[ ...]
Регистрация динамики численности интродуцентов, аборигенных почвенных бактерий и дыхательной активности почвы показала, что в почве, загрязненной нефтью, происходит активное размножение интродуцентов и их одновременное элиминирование (вероятно, выедание микрофауной). Расчетным путем, по размерам интенсивности дыхания в загрязненных почвах, показано, что в варианте без интродуцентов за 35 сут. опыта подвергалось окислению 1,7-8,9 % внесенной нефти. Интродукция дрожжей позволила увеличить этот показатель до 7-16%.[ ...]
Плодородие почвы создает «живое вещество», состоящее из мириад почвенных бактерий, микроскопических грибков, червей и прочей живности. Бактерии - микроскопические, преимущественно одноклеточные организмы разных форм. Питаются, используя различные органические вещества (ге-теротрофы) или создавая органические вещества своих клеток из неорганических (йвтотрофы). Причем обитают бактерии в почве как в верхних слоях, в присутствии атмосферного кислорода (аэробы), так и в нижних слоях, без атмосферного кислорода (анаэробы).[ ...]
Черные и коричневые пигменты встречаются в культурах некоторых почвенных бактерий, например азотобактера - микроорганизма, способного фиксировать азот атмосферы и тем самым обогащать почву азотом. Группа бурых актиномицетов образует бурые пигменты мела-ноидного характера. Черные пигменты чаще встречаются в культурах грибов.[ ...]
Из данных таблицы можно заключить, что оптимальные температуры развития бактерий повышаются с продвижением объектов исследования на юг. Это установлено Е. Н. Мишустиным для почвенных бактерий разных климатических зон . В одном и том же пункте средняя температура активного ила значительно выше, чем активного слоя почвы. Однако в южных районах (Приморский, Фергано-Маргеланский) дефицит тепла меньше, и поэтому при благоприятном биохимическом показателе сточных вод микробиологические процессы протекают более интенсивно. Этому способствует то обстоятельство, что термофильным культурам свойственна повышенная биохимическая деятельность. С повышением у бактерий температурного оптимума на 10 °С их биохимическая эффективность примерно удваивается.[ ...]
Последействие атразина и симазина на другие культуры зависит от способности почвенных микроорганизмов разлагать эти гербициды: в засушливых условиях они сохраняют токсичность более длительное время, так как здесь слабее проявляется деятельность почвенных бактерий, чем при достаточном увлажнении. Остаточное количество триазиновых гербицидов зависит еще и от типа почвы, ее механического состава, содержания гумуса, влажности. На выщелоченном черноземе Тамбовской области последействие одинаковых доз атразина и симазина на второй год после их внесения проявляется в большей степени, чем на торфяной и серой лесной почвах Московской области. Урожай озимой ржи, посеянной после кукурузы, обработанной симазином (1,5 кг/га), на песчаной почве в Брянской области не снижался.[ ...]
Возникают наросты вследствие раздражения и усиленного деления клеток под влиянием почвенных бактерий Agrobacterium tumefacieus Conn. Обнаружить их в тканях пораженного органа можно только в начале заболевания, да и то в ограниченном количестве. При хранении больные корни легко загнивают.[ ...]
Для выявления бактерицидного действия прометрина и атразина на некоторых представителей почвенных бактерий были поставлены лабораторные опыты. Данные о влиянии применяемых гербицидов в опыте «in vitro» на отдельные группы микроорганизмов приводятся в таблице 5.[ ...]
При рассмотрении микробиологических процессов распада следует различать, проводились ли опыты со смешанной культурой почвенных бактерий или с чистыми штаммами. Наглядным примером служит сравнение дегидрохлорирования линдана, которое в естественной почве, следовательно, под влиянием многочисленных видов микроорганизмов, ведет прежде всего к образованию пентахлорциклогексена, в то время как под влиянием чистой культуры бактерий реакция протекает по-иному (рис. 8).[ ...]
Сотрапезничество - потребление разных веществ или частей их одного и того же ресурса. Например, взаимоотношения между различными видами почвенных бактерий-сапрофитов, перерабатывающих разные органические вещества из перегнивших растительных остатков, и высшими растениями, которые потребляют образовавшиеся при этом минеральные соли.[ ...]
Если же ветер дует в обратном направлении, от суши к морю, то он поднимает мельчайшие частицы пыли, на которых далеко в морские просторы уносятся почвенные бактерии.[ ...]
Противоречивы данные о способности почвы являться стоком для закиси азота. Американские исследователи на образцах почвы из шт. Айова установили, что почвенные бактерии способны с достаточно большой скоростью восстанавливать закись азота до молекулярного азота . Однако аналогичные исследования, проведенные в Австралии, показали, что почвы способны поглощать закись азота в небольших количествах лишь при сильном переувлажнении или при аномально высоких ее концентрациях в воздухе . Возможно, эти различия обусловлены наличием в почвах тех или иных микроорганизмов, влажностью и кислотностью почв и другими факторами .[ ...]
Микробы активно меняют состав почвы, изменяясь в то же время и сами. О количественной стороне этих изменений можно судить по тому, что только одна из групп почвенных бактерий (выделяющая двуокись углерода при разложении органического вещества) способна с поверхности одного гектара выделить в атмосферу 7500 м3 С02 за год.[ ...]
Попадание ионов тяжелых металлов в почву может иметь нежелательные последствия, так как ионы никеля, меди, кадмия способствуют ослаблению жизнедеятельности почвенных бактерий, в значительной степени определяющих плодородие почвы. Ионы свинца и кадмия приводят к уменьшению урожая и изменениям в химическом составе растений, причем р увеличением возраста растений концентрация в них кадмия, свинца и цинка повышается. Ионы металлов оказывают вредное воздействие на организм человека. Так, кадмий вызывает заболевание почек, а никель оказывает канцерогенное действие на различные органы человека .[ ...]
В засушливые периоды, а также зимой количество их в почве резко уменьшается, при этом они переходят в инертное состояние, в форму цист. Вопрос о роли простейших в почвенных процессах пока не выяснен. Одни исследователи считают, что простейшие, истребляя почвенные бактерии, оказывают вредное влияние на плодородие почвы, другие отмечают, что интенсивность микробиологических процессов в почве в присутствии Protozoa не только не ослабляется, но даже повышается. Возможно, что простейшие, поедая старые бактериальные клетки, облегчают размножение оставшихся и приводят к появлению значительного числа более молодых и биохимически активных особей.[ ...]
Другим загрязнителем атмосферы, потенциально опасным для защитного слоя озона, являются окислы азота, источниками которых служат промышленность, авиация и даже почвенные бактерии, метаболизирующие нитрат удобрений. Сложность оценки этой опасности заключается в том, что в отличие от загрязнения океана она труднее поддается непосредственному наблюдению. Выводы же, сделанные на основании расчетных данных, иногда оказываются противоречивыми из-за того, что не известны достоверно константы скоростей всех реакций, влияющих на равновесие озон 5 кислород.[ ...]
Наибольший ущерб от кислотных осадков наблюдается в лесах с глинистой и алюмосиликатными почвами, из которых кислые воды вымывают ионы алюминия. Последние уничтожают полезные почвенные бактерии, через корневую систему поступают в древесину и далее действуют как клеточные яды. В нормальных (не кислых) естественных условиях соединения алюминия практически нерастворимы и потому безвредны. По аналогичной схеме при подкислении среды начинается действие и других токсичных элементов, в том числе ртути и свинца.[ ...]
ПДК нефтепродуктов в почвах в настоящее время отсутствует. Однако, по известным данным, их содержание в количестве до 500 мг/кг почвы не оказывает существенного влияния на общее количество почвенных бактерий и способность почвы к самоочищению.[ ...]
В творческом содружестве с микробиологом 3. Н, Ка нашевич (Научно-исследовательский институт земледелия) мы провели опыты по оценке действия гербицидов на некоторые физиологические группы почвенных бактерий. Об активности нитрифицирующих бактерий в почве судили по накоплению нитратов. Опыты проводили в полевых и лабораторных условиях.[ ...]
Загрязнение атмосферы естественным путем происходит в результате: пыльных бурь, извержений вулканов, лесных пожаров, эрозии почвы, биологических разложений, в частности, жизнедеятельности почвенных бактерий. В атмосферу при этом попадают как твердые, так и газообразные вещества.[ ...]
Гидроксилирование происходит в почве сравнительно редко. Часто у одного и того же соединения гидроксильные группы вводятся в разные положения, например фенильного кольца, под влиянием разных почвенных микроорганизмов. Примером может быть гербицид 2М-4Х, у которого под влиянием чистой культуры Aspergillus niger гидроксильная группа вводится в положение 5 с образованием 4-хлорч2-метил-5-оксифеноксиук-суоной кислоты. В дальнейшем в превращении гербицида этот гриб не участвует. Наоборот, смешанные культуры почвенных бактерий гидроксилируют 2М-4Х в положении 6 и метаболизируют его затем вплоть до минерализации (рис. 16).[ ...]
Из присутствующих в атмосфере кислородных соединений азота загрязнителями являются окись азота, двуокись азота и азотная кислота. В основном опп образуются в результате разложения азотсодержащих веществ почвенными бактериями. Ежегодно во всем мире в атмосферу поступает 50 107 т окиси азота природного происхождения, тогда как в результате деятельности человека - лишь 5-107 т окиси и двуокиси азота. В атмосфере Земли природное содержание двуокиси азота составляет 0,0018- 0,009 мг/м8, окиси азота 0,002 мг1м3; время жизни двуокиси азота в атмосфере 3 дня, окиси 4 дня .[ ...]
Установлено, что в превращениях (детоксикации) пестицидов в почве имеют значение гидролитические и окислительные процессы, а также фотохимические превращения. Ведущая роль в разложении пестицидов принадлежит почвенным микроорганизмам, которые разрушают их до образования простейших продуктов. Например, некоторые почвенные бактерии, грибы и актиномицеты используют в качестве источника углерода гербицид далапон.[ ...]
Все органические удобрения, образующиеся в результате жизнедеятельности организмов, содержат атомы углерода. Растения усваивают питательные элементы органических удобрений только после разложения последних почвенными бактериями и грибами до неорганических веществ. Тем самым органические удобрения обеспечивают развитие бактерий и повышают плодородие почв. Разложение органических удобрений до веществ, доступных растениям, протекает сравнительно медленно.[ ...]
В 1912 г. швейцарец Р. Франсе выступил в «Почвоведении» с идеей о специфической форме сосуществования растительных п животных организмов, приспособленных к условиям обптаиия в почве; по аналогии с водным сообществом «планктоном» он назвал совокупность почвенных организмов «геобионтов»- «эдафоиом». Последний в почве разделяется на два яруса: более глубокий, не страдающий от зимних холодов и мало страдающий от засухи, и поверхностный, в котором отчетливо проявляются эти отрицательные экологические факторы. Кроме хорошо известных и до него почвенных бактерий, насекомых, дождевых червей, Франсе установил в почве большое видовое разнообразие и высокую численность грибов, простейших, нематод и др. Он привел некоторые данные о глубине проникновения разных геобионтов в почву и связи их с характером растительности. Ограниченность материала не позволила Франсе увидеть зональный характер эдафоиа.[ ...]
Сточные воды, имеющие минеральные загрязнения, как правило, не следует направлять на поля орошения, так как они или совсем не содержат питательных веществ, или содержат ничтожное их количество; в то же время в большинстве случаев в них имеются вредные для почвенных бактерий вещества или соли, разрушающие структуру почвы.[ ...]
Все остальные организмы влияют на цикл азота только после ассимиляции его в состав своих клеток. Азот фиксируют также пурпурные и зеленые фотосинтезирующие бактерии, различные почвенные бактерии.[ ...]
Разложение остаточных инсектицидов и гербицидов находящимися в почве микроорганизмами - один из важнейших процессов самоочищения природы . Однако другая сторона этого процесса заключается в том, что пестициды, подобно антибиотикам, нарушают нормальную жизнедеятельность почвенных бактерий, и это ухудшает плодородие почв. Так, по данным бельгийских ученых, постоянно используемые для свекловичных культур пестициды снижают биологическую активность почвы (микробную и ферментативную), увеличивают период минерализации азота и в конечном счете ухудшают сахаристость свеклы. В связи с этим важное значение приобретают исследования по экотоксикологии почвы .[ ...]
Биогеохимический круговорот азота не менее сложен, чем углерода и кислорода, и охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом. И это при том, что запасы азота в атмосфере неисчерпаемы (78% от ее объема). Редуценты (деструкторы), а конкретно почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их.[ ...]
Однако, когда необходимо получать более высокие урожаи, нужно вносить минеральные удобрения. Тогда наблюдается очень своеобразное явление: при внесении азота в почву интенсивность фиксации снижается, склонный к приспособлению азотобактер предпочитает использовать азот удобрений, а не азот воздуха. Следовательно, налицо противоречие между энергичной фиксацией азота почвенными бактериями и интенсивным земледелием.[ ...]
Пески и песчаные почвы, содержащие большое количество монтмориллонита и гидрослюды, обладают лучшими условиями для произрастания растений, так как азотистые соединения даже в гидролизуемой форме усваиваются ими очень медленно. Благодаря же сорбционным свойствам монтмориллонита и отчасти гидрослюды перегнойные вещества удерживаются в почвах длительное время, в течение которого содержащийся в них азот переводится почвенными бактериями в используемую растениями неорганическую форму. Таким образом, пески обладают своеобразными, только им присущими свойствами, которые необходимо учитывать при изучении влияния их на рост и развитие растений.[ ...]
По типу своего питания микробы, населяющие почву, относятся главным образом к метатрофам и прототрофам. Паратро-фы - случайные гости в почве; если же они в нее и попадают, то, не встречая для своего развития подходящих условий, быстро погибают. Что же касается микробов, постоянно живущих в почве, то это не пассивные пассажиры, прикрепившиеся к частицам почвы. Микробы активно меняют состав почвы, изменяясь в то же время и сами. О мощности этих изменений можно судить по тому, что только одна из групп почвенных бактерий выделяющая углекислый газ при разложении органического вещества) способна с поверхности 1 га выделить в атмосферу 7 500 ООО л углекислоты за год. Поэтому неудивительно, что все процессы выветривания горных пород в значительной степени связаны с жизнедеятельностью микробов, так же как и ряд других почвообразовательных процессов.[ ...]
Более универсальная мера обилия - биомасса. Этот показатель был успешно использован во многих исследованиях, в том числе в работах Пислу (Pielou, 1966) и Кемптона (Kempton, 1979). Конечно, учет биомассы требует времени. Например, при изучении растительных сообществ, растения состригают, разбирают по видам, затем высушивают и взвешивают. Ис-смотря на такие сложности, измерение биомассы дает много преимуществ. Это более прямая оценка использования ресурса, чем число особей, даже в тех случаях, когда последние легко различимы (Harvey, Godfray, 1987). Эта мера непрерывная, поэтому больше подходит для использования в логнормальной модели. Смысл ее легко понятен, она легко применима к различным группам организмов. Наконец, она позволяет сравнивать разнообразие организмов разного таксономического уровня. Интересно, что различия между микробами и млекопитающими становятся еще меньше при рассмотрении еще более фундаментальной единицы использования ресурсов - энергетического потока (May, 1981). Одно из важнейших неудобств использования биомассы как меры обилия в том, что материал почти невозможно собирать случайным образом.[ ...]
Оксид углерода (СО), в отличие от диоксида углерода, не оказывает заметного влияния на потоки солнечной и тепловой радиации, но быстрый, в основном антропогенный, рост его содержания и значительная, как и у метана, роль в фотохимии озона и других МГ в тропосфере приводят к необходимости мониторинга СО в глобальной атмосфере и дальнейшего количественного исследования его атмосферного цикла. Значительные амплитуды сезонного изменения концентрации СО в тропосфере и различия в его содержании по полушариям связаны с малым временем жизни. Фазы сезонного изменения СО в тропосфере северного полушария почти одинаковы с таковыми для С02г однако максимум концентрации СО в конце зимы по сравнению с максимумом концентрации С02 в большей степени обусловлен сжиганием разных видов топлива, а минимум СО в конце лета считается связанным с деятельностью почвенных бактерий. Меньшая интенсивность этих источников и стоков в южном полушарии приводит к меньшему содержанию СО в тропосфере .[ ...]
Для предупреждения попадания удобрений в водоисточники необходимо: соблюдение соответствия норм внесения удобрений потребностям растений; установление оптимальных сроков внесения удобрений с учетом биохимических особенностей почвы; дробное внесение удобрений в период вегетации (особенно для почв легкого механического состава); внесение удобрений с оросительной водой, что уменьшает их дозу. Так, внесение азотных удобрений с водой при дождевании позволяет снизить обычную дозу вдвое; применение концентрированных форм удобрений, уменьшающее внесение в почву балластных веществ; использование медленно действующих азотных удобрений в виде гранул с защитой оболочкой или труднорастворимых удобрений типа конденсатов мочевины, отдающих питательные вещества в почву постепенно, устойчивых к вымыванию и имеющих высокий коэффициент полезного действия; применение ингибиторов нитрификации, снижающих активность почвенных бактерий, переводящих аммонийный азот в легкорастворимую нитратную форму; исключение хранения удобрений под открытым небом.
Исключительно важная роль микроорганизмов заключается в глубоком и полном разрушении органических веществ.
Особенность почвенных микроорганизмов состоит в их способности разлагать сложнейшие высокомолекулярные соединения до простых конечных продуктов: газов (углекислый газ, аммиак и др.), воды и простых минеральных соединений. Каждому типу почв, каждой почвенной разности свойственно свое, специфическое профильное распределение микроорганизмов. При этом численность микроорганизмов и их видовой состав отражают важнейшие свойства почвы: запасы органического вещества, количество и качество гумуса, содержание питательных элементов, реакцию, влагообеспеченность, степень аэрированности.
Микроорганизмы принимают самое активное участие в следующих процессах:
- гумусообразование;
- разрушение и новообразование почвенных минералов;
- превращение азотсодержащих соединений (нитрификация), серы, железа и марганца (глееобразование, засоление);
- дыхание почвы.
Основная масса микроорганизмов сосредоточена в верхней части почвенного профиля в слое 0-20 см. Наиболее высокая микробиологическая деятельность наблюдается при температуре 25-35 °С и влажности, составляющей 60 % полной влагоемкости. Вся почвенная микрофлора наиболее активна при реакции среды, близкой 4 нейтральной.
Биомасса грибов и бактерий достигает 5 т/га. В 1 г почвы численность бактерий достигает миллиардов клеток. По выражению В. И. Вернадского, «почва пропитана жизнью». Микроорганизмы в сутки могут давать несколько поколений.
Бактерии могут быть автотрофными и гетеротрофными. Большая часть бактерий принадлежит к гетеротрофным организмам. Им для существования необходимо готовое органическое вещество. Бактерии-автотрофы встречаются реже. В качестве источника энергии они используют процессы окисления простых химических соединений: аммиака, сероводорода, оксида углерода. Некоторые бактерии способны окислять оксид железа.
По отношению к кислороду бактерии разделяются на две группы: аэробные и анаэробные. Первым для существования необходим кислород, вторым кислорода не требуется. Бактерии активно участвуют в трансформации органических веществ во всех почвах. Они способны разлагать почти все органические соединения. Эти микроорганизмы с помощью своих экзоферментов активно используют белок, простые сахара, крахмал, органические кислоты, спирты, альдегиды, разлагают клетчатку и углеводы с большой скоростью. Большинство бактерий предпочитает реакцию среды, близкую к нейтральной.
Актиномицеты активно участвуют в разложении органического вещества. Они могут использовать любые углеводы, в том числе активно разрушают маннаны, ксиланы, пектиновые вещества, целлюлозу, каротин, хитин, могут разрывать длинные цепи жирных кислот и углеводородов. Актиномицеты - многочисленная группа микроорганизмов, но менее конкурентоспособная, чем бактерии и грибы. Они существуют в почве длительное время как покоящиеся споры и растут тогда, когда появляются доступная пища, необходимые температура (5-10°С) и влажность. Особенно большую роль они играют в трансформации органического вещества чернозёмов. Актиномицеты наиболее активны в почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией.
Грибы обладают большим спектром ферментов, дающих им возможность разрушать трудноразлагаемые органические соединения, но, как правило, с меньшей скоростью, чем бактерии. В то же время разложение ароматических соединений грибы ведут активнее, чем бактерии; расщепление лигнина и танинов в природе происходит преимущественно под их воздействием. Грибы осуществляют и разложение гумуса. Опад хвойных пород, бедный основаниями и азотом, разлагается в основном грибами.
Активная деятельность грибов способствует образованию различных кислотных соединений (лимонной, уксусной и других кислот), а также фульватного гумуса, что увеличивает почвенную кислотность и приводит к преобразованию и разрушению минералов.
Грибы являются преимущественно аэробными организмами наиболее благоприятная реакция среды для грибов - кислая. Соотношение грибов и бактерий зависит от химического состава растительного опада, реакции среды и увлажненности.
Почвообитающие водоросли участвуют в создании органического вещества почв за счет углекислого газа воздуха и солнечной энергии. Клетки водорослей активно поедаются амебами, инфузориями, клещами, нематодами. Прижизненные выделения водорослей, как и других микроорганизмов, становятся пищей грибов и бактерий. Водоросли выделяют биологически активные вещества. Водорослей больше под травянистой растительностью и меньше в хвойном лесу.
С деятельностью микроорганизмов тесно связаны формирование; и динамика биохимического, питательного, окислительно-восстановительного, воздушного режимов почв, их кислотно-щелочных условий. Количество микроорганизмов в почвах увеличивается с севера на юг от 300-600 млн клеток на 1 г почвы (подзолистые почвы) до 2 500-3 000 млн (чернозём).
Основная часть экологических функций почвы осуществляется; при непосредственном участии почвенных животных и микроорганизмов. Они участвуют в процессах разложения и синтеза поступающих в почву органических остатков. Процессы синтеза и разрушения биомассы являются непрерывными и циклическими. Ежегодно образуется и разрушается с участием почвенных организмов до 55 млрд т растительного органического вещества, из которых около 90 % переходит в газовую фазу, а остальное - в промежуточные органические соединения и гумус. В результате этого глобального процесса образуется гумосфера - очень тонкая, почвенная оболочка Земли, своеобразная «кожа» планеты.
Исторически почвенные микроорганизмы в процессе метаболизма участвовали в формировании газового состава атмосферы. Кислород, азот и углекислый газ многократно прошли через живое вещество почвы.
Не менее значительна роль микроорганизмов в деструкции и; новообразовании минералов. Они мобилизуют многие элементы, входящие в состав минералов (Fe, Mn, S, Са, Р, Аl), которые переходят в подвижное состояние и вовлекаются в почвообразование. Прямое воздействие на минеральную часть почвы заключается ферментативном окислении и редукции минералов, содержащих элементы переменной валентности. С микроорганизмами связано образование железисто-марганцевых конкреций и восстановление! оксидных соединений железа - процесс оглеения.
Микроорганизмы – древнейшие представители живых существ, появились на Земле, как считают специалисты, более трех миллиардов лет назад.
Большинство микроорганизмов – это невидимые невооруженным глазом одноклеточные (бактерии, актиномицеты, микоплазмы, риккетсии, спирохеты, простейшие) и многоклеточные (зеленые и сине – зеленые водоросли, несовершенные грибы), а также неклеточные (вирусы, фаги) формы.
В природе микроорганизмы распространены чрезвычайно широко.
Они обнаруживаются в большом количестве в почве, воде, в растительных и животных организмах. Токами воздуха заносятся в стратосферу на высоту более 20 км. Их находят в горячих гейзерах, нефтяных водах, на глубине более 10 км в морях и океанах.
Даже самые твердые скальные массивы населены различными организмами. Верхний слой скальных массивов, так называемая кора выветривания, насыщена бактериями и водорослями, микроскопическими грибами и актиномицетами, простейшими организмами, фагами, вирусами и пр.
В верхнем слое базальтовых пород насчитывается от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов на грамм субстрата. В условиях суровой Арктики на островах Северного Ледовитого Океана (Новая Земля, Северная Земля и др.) скальные породы содержат значительное число микроорганизмов.
О существовании на Земле невидимого мира чрезвычайно малых существ человечество существующей ныне цивилизации узнали немногим более трехсот лет тому.
Антонио Левенгук (1632 – 1723), будучи очень любознательным человеком, в свободное от основной работы время любил изготавливать и шлифовать стеклянные линзы. Рассматривая каплю дождевой воды при помощи сконструированного им микроскопа, обнаружил в ней массу маленьких живых существ, одни из которых были неподвижны, а другие активно двигались. Левенгук сделал зарисовки увиденного им при помощи микроскопа, а затем листы с рисунками и пояснительными записями предоставил в Королевское научное общество.
Вскоре и другими исследователями были обнаружены микроскопически малые живые существа были обнаружены в различных субстратах – в настое сенного отвара, в гниющем мясе, в крови больных животных и людей, а затем и в других материалах.
Почти двести лет с момента обнаружения микроорганизмов, микробиология оставалась лишь описательной наукой. Ученые открывали все новые и новые микроорганизмы, тщательно их описывали, зарисовывали их форму, но не могли объяснить какую роль они играют в природе, в жизни растительных и животных организмов, в том числе и в жизни человека.
Только во второй половине Х1Х века Луи Пастер (1822 – 1895), занимаясь проблемой скисания знаменитых марок французских вин, впервые доказал, что микробы принимают активное участие во многих процессах, происходящих в природе, в том числе в процессах брожения, круговорота веществ, являются возбудителями заразных заболеваний животных и человека.
Со времен Пастера микробиология начала усиленно развиваться и к настоящему времени изучены строение и свойства многих микроорганизмов, выяснена их роль в круговороте и превращении различных веществ в природе.
Основоположник биогеохимии В.И.Вернадский убедительно доказал, что биосфера сформировалась и развивалась в результате взаимодействия микроорганизмов, растений и животных, которые обеспечивали и обеспечивают непрерывный поток элементов в биогенном обмене веществ на нашей планете, включая элемент жизни – кислород.
Сам Луи Пастер говорил, что микробы – это бесконечно малые существа, играющие в природе бесконечно большую роль, и если бы они исчезли с лица планеты, то поверхность Земли была бы загромождена мертвыми органическими веществами.
Такие биологические особенности микроорганизмов, как малый вес, небольшие размеры и быстрое размножение способствуют переносу их токами воздуха на большие расстояния и накоплению их в большом количестве в различных субстратах.
Для них присущи высокая устойчивость к различным факторам окружающей среды, разнообразие физиологических свойств и большая приспосабливаемость к самым различным условиям обитания. Некоторые виды микроорганизмов обитают и размножаются в горячих источниках, температура воды в которых достигает более 800С, а другие – в холодных водах при минусовой температуре. Одни микроорганизмы живут и размножаются в соленых водах, другие – в щелочной среде. Микроорганизмы живут и размножаются там, где другие живые существа обитать не могут.
Со времен Левенгука и до наших дней постоянно идет процесс накопления данных о новых видах микроорганизмов, населяющих почву и недра, воздух и воду земли, обитающих в животных и растительных организмах.
Можно предположить, что первоначальной средой, в которой возникли, размножались и развивались микроорганизмы, была вода. Но когда на поверхности земной коры образовалась почва, постоянно обогащаемая органическими веществами, увлажняемая атмосферными осадками и обогреваемая солнечными лучами, она стала для микробов наиболее благоприятной средой обитания и их развития.
Микробное население почвы очень богато и разнообразно. Кроме бактерий в почве обитают в огромном количестве микроскопические грибы, актиномицеты, водоросли, фаги, вирусы, простейшие, микоплазмы, насекомые, черви и другие живые существа. Количество микробов в одном грамме почвы измеряется сотнями миллионов особей. Наиболее богата микроорганизмами окультуренная, возделываемая почва. Живая масса бактерий, грибов, актиномицетов и водорослей составляет свыше десяти тонн в пахотном слое одного гектара плодородных, хорошо окультуренных почв. Подсчитано, что общая масса микробных клеток на нашей планете примерно в 25 раз больше массы всех животных.
Наиболее бедной микроорганизмами является почва пустынь, где мало влаги и органических веществ. При этом, как по численности особей, так и по численности видов, преобладают бактерии, относящиеся по своим морфологическим, культуральным и биохимическим свойствам к различным физиологическим группам. Среди них имеются нитрифицирующие, азотфиксирующие, денитрифицирующие, целлюлозоразлагающие, железобактерии, серобактерии и др.
Микроорганизмы почвы играют очень важную роль в переработке значительного количества различных веществ – минеральных и органических. Они разрушают растительные и животные остатки, участвуют в процессах превращения продуктов их распада. При помощи микроорганизмов изменяется структура и химический состав почвы. Микроорганизмы, как биологические катализаторы, определяют основное свойство почвы – плодородие. Они синтезируют и выделяют разнообразные продукты метаболизма, которые входят в состав почвы, обуславливая ее плодородие. В процессе жизнедеятельности все население почвы производит биохимическую работу космического значения. Перерабатывая огромные массы органических и минеральных соединений, микроорганизмы непрерывно синтезируют новые органические и неорганические вещества.
Химическая деятельность микроорганизмов проявляется в непрерывном круговороте азота, фосфора, серы, углерода и других веществ. Микробиологические процессы круговорота азота имеют огромное значение как факторы оздоровления и плодородия почвы. Основные биохимические процессы круговорота азота состоят из нескольких этапов и участие в них принимают различные виды микробов.
В поверхностных слоях почвы находятся аэробные амонифицирующие бактерии родов Bacillus, Proteus, Escherichia, Pseudomonas, Serratia, нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфиксирующие, возбудители брожения клетчатки, пектина и др. В более глубоких слоях почвы располагаются микроорганизмы, вызывающие процессы брожения и гниения в анаэробных условиях.
В первом этапе разложения сложных органических соединений животного и растительного происхождения – гниении белков, сопровождающемся образованием зловонных, летучих соединений (индола, скатола, аммиака, сероводорода и пр.) принимают участие Proteus sp., Bac.subtilis, Bac.mesentericus, Bac.megatherium, Bac.sporogenes . На втором этапе – в разложении мочевины участвуют Sarcina urea, Urobacter pasteuri и др. В прцессах нитрификации и денитрификации участвуют Nitrosomonas europea, Bact.pyocyaneum, Bact.denitricans и др. Фиксация атмосферного азота осуществляется Bact.rodicicola, Azotobacter agifa, Azotobacter chroococcum и др.
Углерод, подобно азоту, имеет свой круговорот, при этом процессы распада безазотистых органических веществ обусловлены жизнедеятельостью микроорганизмов, а процессы созидательные – фотосинтезом зеленых растений. Круговорот углерода имеет отношение к разнообразным типам брожений, в которых участвуют различные микроорганизмы: в спиртовом – истинные дрожжи, мукоровые плесени; уксуснокислом – дрожжеподобные грибы Micoderma vini, Bact. Pasterianum; молочнокислом – Streptococcus lactis, Bact. Bulgaricum, E.coli, Bact.lactic и др; маслянокислом – Clostridium pasterianum; в брожении целлюлозы и пектиновых веществ – Granulobacter pectinovorum, Bac.cellulosa.
Сера составляет часть белка, участвует в круговороте веществ. Сероводород, образующийся при процессах гниения, ядовит для высших растений и непригоден для утилизации. Серобактерии рода Beggiatoa окисляют этот сероводород до серной кислоты и тем самым способствуют образованию солей серной кислоты (сульфатов), которые могут использоваться высшими растениями как питательный материал. Серобактерии играют важную роль в биологическом очищении сточных вод и являются показателями загрязнения воды и почвы.
Фосфор, входящий в состав животных и растительных организмов, в результате разложения микроорганизмами выделений, отмирающих частей и трупного материала, освобождается в виде фосфорной кислоты. Соли фосфорной кислоты. Соли фосфорной кислоты не пригодны для питания высших растений. Обитающий в почве Bac. mucoides, участвует в процессе преобразования нерастворимого фосфата в растворимую соль.
Железобактерии обеспечивают круговорот железа. К ним относятся представители родов Leptothrix, Crenothrix, Chlamidotrix, Cladotrix, Spirophyllum, Thiobacillus.
Железобактерии превращают находящееся в почве нерастворимое железо (Fe3) в растворимое (Fe2), доступное для усвоения растениями.
При нехватке железа нарушается состав гемоглобина у человека и животных, возникает анемия, у растений теряется способность образовывать хлорофилл, они теряют зеленую окраску и в результате у растений развивается заболевание – хлороз.
Все железобактерии являются постоянными обитателями почвы, водоемов, ключей, луж, болот, водопроводных труб. Среди них есть представители, обитающие в симбиозе с зелеными и сине – зелеными водорослями, с представителями простейших – жгутиковыми. В результате своей жизнедеятельности железобактерии переводят закисные формы железа в окисные, получая в результате этого энергию, которую используют для восстановления СО2. Эффект жизнедеятельности железобактерий чрезвычайно велик. Болдотная железная руда является продуктом жизнедеятельности железобактерий. Криворожское месторождение железной руды также является продуктом их жизнедеятельности.
Многие группы микроорганизмов, относящиеся к хемолитотрофам, фотоавтотрофам, гетеротрофам, участвуют в превращениях металлов с переменной валентностью.
В почве обнаруживаются различные активные вещества (ферменты, витамины, ауксины, антибиотики, токсины и многие другие соединения), являющиеся метаболитами микробов. Все эти вещества вместе с другими организмами придают почве свойства, отличающие ее от минеральной породы. Интенсивность жизненных процессов микробного населения определяет степень плодородия почвы. Интенсивность проявления биологических процессов зависит от климатических, географических условий, а также от времени года и многих других факторов.
Следует помнить и о том, что в почве обитают многие виды микроорганизмов, которые могут вызвать опасные инфекционные заболевания у растительных и животных организмов, в том числе и у людей. Среди них возбудители таких опасных заболеваний как сибирская язва, столбняк, газовая раневая инфекция, поверхностные и глубокие микозы, актиномикозы и другие.
Без учета деятельности микробного населения почвы невозможно решать многие проблемы связанные с почвоведением, медициной, земледелием, ветеринарией, животноводством, растениеводством.
Почвенный организм - любой организм, обитающий в почве на протяжении всего или определенного этапа жизненного цикла. Размеры организмов, живущих в почвы варьируются от микроскопических , перерабатывающих разлагающиеся органические материалы до мелких млекопитающих.
Все организмы в почве играют важную роль в поддержании ее плодородия, структуры, дренажа и аэрации. Они также разрушают ткани растений и животных, высвобождая накопленные питательные вещества и превращая их в формы, используемые растениями.
Есть почвенные организмы вредители, например, нематоды, симфилиды, личинки жуков, личинки мух, гусеницы, корневые тли, слизни и улитки, которые наносят серьезный ущерб сельскохозяйственным культурам. Одни вызывают гниль, другие высвобождают вещества, препятствующие росту растений, а некоторые являются хозяевами организмов, вызывающих болезни животных.
Поскольку большинство функций организмов полезны для почвы, их численность влияет на уровень плодородия. Один квадратный метр богатой почвы может содержать до 1 000 000 000 различных организмов.
Группы организмов почвы
Почвенные организмы обычно делятся на пять произвольных групп в зависимости от размера, самыми маленькими из которых являются бактерии и водоросли. Далее следует микрофауна - организмы менее 100 микрон, питающиеся другими микроорганизмами. Микрофауна включает одноклеточных простейших, некоторые виды плоских червей, нематод, коловраток и тихоходок. Мезофауна несколько крупнее и гетерогенна, в том числе существа, питающиеся микроорганизмами, разлагающимся веществом и живыми растениями. К этой категории относятся нематоды, клещи, ногохвостки, протуры и пауроподы.
Четвертая группа, макрофауна, также весьма разнообразна. Наиболее распространенным примером является молочный белый червь, который питается грибами, бактериями и разлагающимся растительным материалом. В эту группу также входят слизняки, улитки и , питающиеся растениями, жуками и их личинками, а также личинками мух.
К мегафауне относятся крупные почвенные организмы, такие как земляные черви, возможно, самые полезные существа, которые живут в верхнем слое почвы. Дождевые черви обеспечивают процессы аэрации почвы, разрушая подстилку на ее поверхности и перемещая органическое вещество вертикально от поверхности до подпочвы. Это положительно влияет на плодородие, а также развивает матричную структуру почвы для растений и других организмов. Было подсчитано, что дождевые черви полностью перерабатывают эквивалент всей почвы планеты на глубину 2,5 см каждые 10 лет. Некоторые позвоночные животные также включены в группу почвенной мегафауны; к ним относятся всевозможные роющие животные, такие как змеи, ящерицы, суслики, барсуки, кролики, зайцы, мыши и кроты.
Роль организмов почвы
Одна из наиболее важных ролей организмов почвы заключается в переработки сложных веществ разлагающейся флоры и фауны, чтобы они могли снова использоваться живыми растениями. Они выступают в качестве катализаторов в ряде природных циклов, среди которых наиболее заметными являются углеродные, азотные и серные циклы.
Углеродный цикл начинается с растений, которые используют углекислый газ из атмосферы с водой для получения растительных тканей, таких как листья, стебли и плоды. Далее питаются растениям. Цикл завершается после смерти животных и растений, когда их разлагающиеся останки съедаются почвенными организмами, тем самым высвобождая углекислый газ обратно в атмосферу.
Белки служат основным материалом органических тканей, а азот основной элемент всех белков. Наличие азота в формах, которые могут использовать растения, является основным детерминантом плодородия почв. Роль организмов почвы в азотном цикле имеет большое значение. Когда умирает растение или животное, они расщепляют сложные протеины, полипептиды и нуклеиновые кислоты в их организме и производят аммоний, ионы, нитраты и нитриты, которые растения затем используют для создания своих тканей.
Как бактерии, так и сине-зеленые водоросли могут фиксировать азот непосредственно из атмосферы, но это менее продуктивно для развития растений, чем симбиотическая связь между бактериями Ризобий и бобовыми растениями, а также некоторыми деревьями и кустарниками. В обмен на выделения от хозяина, стимулирующие их рост и размножение, микроорганизмы фиксирует азот в клубеньках корней растения-хозяина.
Почвенные организмы также участвуют в серном цикле, главным образом, путем разложения естественно обильных соединений серы в почве, чтобы этот жизненно важный элемент был доступен растениям. Запах тухлых яиц, столь распространенный в заболоченной местности, обусловлен сероводородом, производимый микроорганизмами.
Хотя организмы почвы стали менее важны в сельском хозяйстве из-за развития синтетических удобрений, они играют жизненно необходимую роль в процессе образовании гумуса для лесных массивов.
Опавшие листья деревьев не пригодны в пищу для большинства животных. После того как растворимые в воде компоненты листьев вымываются, грибы и другая микрофлора перерабатывают твердую структуру, делая мягкой и податливой для разнообразных беспозвоночных животных, которые разбивают подстилку на мульчу. Древесные вши, личинки мух, ногохвостки и дождевые черви оставляют относительно неизменный органически помет, но они создают подходящий субстрат для первичных разлагающих, которые перерабатывают его на более простые химические соединения.
Поэтому органическое вещество листьев постоянно переваривается и перерабатывается группами все более мелких организмов. В конечном итоге оставшееся гуминовое вещество может составлять всего одну четверть первоначального органического вещества подстилки. Постепенно этот гумус смешивается с почвой с помощью роющих животных (например, кроты) и под воздействием дождевых червей.
Хотя некоторые почвенные организмы могут стать вредителями, особенно когда одна и та же культура постоянно выращивается на одном поле, поощряя распространение организмов, которые питаются ее корнями. Тем не менее, они являются важным элементом процессов жизни, смерти и распада, омолаживающих окружающую среду планеты.