Оглавление
Введение
Глава I. Микроорганизмы почв
1.1 Почва как среда обитания микроорганизмов
1.2 Микроорганизмы почвы, методы определения их состава
Глава II. Роль микроорганизмов в формировании почвы иее плодородия
2.1 Процесс образования почвы и деятельностьмикроорганизмов
2.2 Микроорганизмы в создании плодородия почв
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Под почвой понимаетсяповерхностный слой суши земного шара, который образуется в результате изменениягорных пород при воздействии биоты, климата и других факторов почвообразования.Почвоведение как научная дисциплина оформилась благодаря трудам В.В.Докучаева иего последователей. Приоритет русской школы прослеживается до настоящеговремени. Современные классификации почв по сложности напоминают таксономиюмикроорганизмов и могут шокировать естествоиспытателей, но до сих пор взарубежных работах по экологии почвенных микроорганизмов употребляются такиетермины, как подзол и чернозем.
Важнейшее свойство почвы,плодородие, определяет ее очевидную значимость как основного средствасельскохозяйственного производства. Кроме того, этот относительно маломощныйслой суши участвует во всех важнейших процессах функционирования наземныхэкосистем и биосферы в целом (от обеспечения ресурсами и пространством всей наземнойрастительности до поддержания параметров атмосферы и гидросферы, включаяпроблемы «парниковых» газов, чистых поверхностных и грунтовых вод, устраненияксенобиотиков). Во всех этих процессах ключевую роль играют микроорганизмы,которые обитают в почве и выполняют многообразные экосистемные функции.
Актуальность темы. Интереск почвенным микроорганизмам во многом определяется их исключительной ролью вформировании качества почвы (почвенного «здоровья») как способности почвеннойбиосистемы в заданных пространственных границах поддерживать продуктивностьрастений и животных, сохранять приемлемое качество воды и воздуха, а такжеобеспечивать здоровье людей, животных и растений.
Именно почвенные организмыотвечают за разложение органического вещества, образовавшегося в наземнойэкосистеме при фотосинтезе, и снабжают растения доступными ресурсами. Они такжеиграют существенную роль в формировании стабильных почвенных агрегатов.Жизнедеятельность почвенной биоты определяет уровень плодородия почв, а возможностьуправления биотой на основе контроля почвенной влаги представляет интерес сточки зрения дискуссионной проблемы устойчивого развития. Почвенная биота —идеальный пример системы, обеспечивающей устойчивое существование ненарушенныхэкосистем в течение очень больших промежутков времени.
Цель работы: изучение жизнедеятельностимикроорганизмов почвы.
Задачи курсовой работы:
Анализировать и изучитьлитературу по теме;
Рассмотреть почву каксреду обитания микроорганизмов;
Изучить микроорганизмы почв;
Выявить рольмикроорганизмов в формировании почв и ее плодородия.
Структура. Данная работасостоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.
ГлаваI. Микроорганизмы почв
1.1 Почва как средаобитания микроорганизмов
Отличительная особенностьпочвы как природного местообитания микроорганизмов связана с еегетерогенностью, которая проявляется в разных пространственных масштабах.Почвенные микроорганизмы обитают в трехфазной полидисперсной среде, представленнойтвердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенная вода) игазообразной (почвенный воздух) фазами.
Жизнедеятельностьмикроорганизмов в почве осуществляется в основном на почвенных частицах, вопределенных микрозонах которых представлены клетки, ресурсы и микробныеметаболиты. Поверхность почвенных частиц как жизненное пространство микроорганизмовможет составлять несколько десятков квадратных метров в 1 г почвы. В работах Д.Г. Звягинцева и других почвенных микробиологов по особенностямжизнедеятельности адсорбированных микробных клеток в почвах обсуждались вопросы,которые в биотехнологии получили развитие в рамках направления по иммобилизованнымклеткам и ферментам [8].
Масса биоты, включая бактерии,грибы, водоросли, по данным прямых методов микроскопии, может достигатьнескольких тонн на гектар почв. В первом приближении по биомассе в поверхностныхпочвенных образцах (особенно в таежно-лесной зоне) доминируют грибы. Биомассабактерий сопоставима по порядку величин с биомассой грибов, а остальныекомпоненты, включая представителей почвенной фауны, составляют второй план.Вместе с тем сами по себе показатели биомассы, к тому же рассчитанные на основетотальных количественных учетов (без дифференциации «активной» и «неактивной имертвой» биомассы), не дают представления о функциональной роли отдельныхпредставителей почвенной биоты.
В целом можноохарактеризовать почву как чрезвычайно гетерогенную среду обитания, в которойсуществует обильная и разнообразная микробная биомасса.
Почвенные микроорганизмыне просто обитают в естественной гетерогенной среде, но сами являются ключевымфактором почвообразования и участвуют в процессах преобразования горной породыв почву с характерным строением. Оценивая роль микроорганизмов, Т. В.Аристовская выделила пять важнейших элементарных почвенно-микробиологическихпроцессов: разложение растительного опада, образование гумуса, разложение гумуса,деструкция минералов почвообразующей породы и новообразование минералов [22],Указанные и другие функции почвенных микроорганизмов составляют как быфундамент наземных экосистем. Относительно более подробно исследован процессразложения органического вещества в почве.
Особенность почвы какприродного местообитания различных организмов состоит в том, что условия дляжизнедеятельности; биоты непостоянны, а меняются в зависимости от климатическихи других факторов. Например, типична ситуация с чередованием процессовувлажнения (после дождя или полива) и высушивания почв. В таких условиях существенноснижается функциональное потенциальное разнообразие почвенного бактериальногосообщества, оцениваемое по способности утилизировать различные органическиевещества. Есть основания полагать, что ведущая экосистемная функция почвеннойбиоты определяется не только параметрами, складывающимися в местообитании вданный момент; времени, но и предысторией водного режима.
Почва представляется нетолько гетерогенной (характеристики системы варьируют в пространстве), но игетерохронной средой обитания, параметры которой изменяются во времени.Необходимость изучения динамики почвенной микробной системы осознана давно.Выдающийся русский микробиолог С.Н.Виноградский описал на основемикроскопических наблюдений последовательную смену микробных популяций в ходеразложения внесенных в почву органических веществ. На первом этапе разложениялегкодоступной органики доминировали быстрорастущие популяции с банальнойморфологией и относительно крупными размерами клеток. Представители второгоэтапа разложения труд недоступной почвенной органики характеризовалисьсвоеобразием морфологии и были названы С. Н. Виноградским автохтонноймикрофлорой [17].
1.2Микроорганизмы почвы, методы определения их состава
Микроорганизмы почвы оченьмногочисленны и разнообразные. Среди них имеются бактерии, актиномицеты,микроскопические грибы и водоросли, протозоа и близкие к этим группам живыесущества.
Биологический круговорот впочве осуществляется с участием разных групп микроорганизмов. В зависимости оттипа почвы содержание микроорганизмов колеблется. В садовых, огородных,пахотных почвах их насчитывается от одного миллиона до нескольких миллиардовмикроорганизмов в 1 г почвы. В почве каждого садового участка присутствуют своимикроорганизмы. Они участвуют своей биомассой в накоплении органическоговещества почвы. Они выполняют огромную роль в образовании доступных формминерального питания растений. Исключительно велико значение микроорганизмов внакоплении биологически активных веществ в почве, таких как ауксины,гиббереллины, витамины, аминокислоты, стимулирующие рост и развитие растений. Микроорганизмы,образуют слизи полисахаридной природы, а также большое количество нитей грибов,принимают активное участие в формировании структуры почвы, склеивании пылеватыхпочвенных частиц в агрегаты, чем улучшают водно-воздушный режим почвы.
Биологическая активностьпочвы, численность и активность почвенных микроорганизмов тесно связаны ссодержанием и составом органического вещества. В тоже время с деятельностьюмикроорганизмов тесно связаны такие важнейшие процессы формирования плодородияпочв, как минерализация растительных остатков, гумификация, динамика элементовминерального питания, реакция почвенного раствора, превращения различныхзагрязняющих веществ в почве, степень накопления ядохимикатов в растениях,накопление токсических веществ в почве и явление почвоутомления. Великасанитарно-гигиеническая роль микроорганизмов и в трансформации и обезвреживаниисоединений тяжелых металлов.
Перспективным направлениемвосстановления и поддержания плодородия и биологической интенсификации земледелиясчитается применение продуктов переработки органических отходов с участием вермикомпостовдождевых червей, находящихся в симбиозе с микроорганизмами. В естественныхпочвах разложение опада осуществляют дождевые черви, копрофаги и другиеорганизмы. Но в этом процессе участвуют и микроорганизмы. В кишечнике червейдля них создаются более благоприятные условия для выполнения любых функций, чемв почве. Дождевые черви в союзе с микроорганизмами превращают различныеорганические отходы в высокоэффективные биологические удобрения с хорошейструктурой, обогащенные макро- и микроэлементами, ферментами, активноймикрофлорой, обеспечивающей пролонгированное (длительное, постепенное) действиена растения [8].
Итак, обеспечивая развитиемикроорганизмов в почве, вы, повышаете урожай и улучшаете его качество. Ведьмикроорганизмы развиваются, т.е. делятся каждые 20-30 мин и при наличиидостаточного питания образуют большую биомассу. Если бык весом 500кг за суткиобразует 0,5 кг 1 кг, то 500 кг микроорганизмов за сутки-биомассы, а 500 кг растений создают 5т биомассы. Почему жеэтого не наблюдается в почве? А потому что для этого микроорганизмам необходимопитание, а с другой стороны лимитируют различные факторы, в частностиядохимикаты. На площади 1 га в результате жизнедеятельности почвенных микробовв течение года выделяется 7500м3 углекислоты. А углекислота необходима и какисточник углеродного питания растений и для растворения труднодоступных солейфосфорной кислоты и превращения фосфора в форму доступную для питания растений.Т.е. там, где хорошо работают микроорганизмы, нет необходимости во внесениифосфорных удобрений. Но сами микроорганизмы нуждаются в органическом веществе[14].
В балансе органическоговещества почвы велика роль культурных растений. Накоплению гумуса в почвахспособствует многолетние травы, особенно бобовые. После их уборки в почвеостается фитомасса, которая обогащена азотом за счет фиксации его клубеньковымибактериями из воздуха. Пропашные и овощные культуры (картофель, капуста и др.)уменьшают содержание гумуса в почве, т.к. оставляют в почве небольшоеколичество растительных остатков, а применяемая система глубокой обработкипочвы обеспечивает интенсивное поступление в пахотный слой кислорода и, какследствие, обеспечивает сильную минерализацию органического вещества, т.е. егопотерю.
Среди методов количественногоанализа наиболее объективным является метод прямого микроскопирования почвы,принцип которого был предложен С. Н. Виноградским. При этом способе готовятпочвенную суспензию и в определенном объеме ее с помощью микроскопаподсчитывают общее число микроорганизмов. Последующим пересчетом можноустановить, сколько микроорганизмов приходится на 1 г исследуемой почвы. С. Н.Виноградский готовил препараты на предметном стекле и просматривал их подоптическим микроскопом. В поле зрения можно было видеть палочковидные бактерии,мелкие и крупные кокки, иногда обрывки мицелия грибов и актиномицетов и другиемикроорганизмы [1].
Прямое микроскопированиепочвы облегчается при использовании флюорохромов, позволяющих легче различатьмикроорганизмы среди мелких минеральных частиц.
Б. В. Перфильев и Д. Р.Габе для подсчета микроорганизмов в почве рекомендовали пользоватьсясконструированной ими капиллярной камерой, глубина которой не превышает 30-40мкм, а ширина не более поля зрения микроскопа. Подсчитав число микроорганизмовв капилляре, можно затем сделать пересчет на 1 г почвы.
Д. И. Никитин и егосотрудники использовали для прямого подсчета микроорганизмов почвы электронныймикроскоп. С его помощью наряду с обычными микроорганизмами можно обнаружитьмножество мельчайших форм микроскопических существ, которые не были известны досих пор. Эти интересные формы живых существ изучаются в настоящее время [14].
Прямые методы даютпредставление об общем количестве микроорганизмов в почве. Однако внешний обликмикроорганизмов не позволяет судить об их функциях, поэтому бываетцелесообразно дополнительно определить отношение в почве отдельныхсистематических и физиологических групп микроскопических существ.
Отдельные группымикроорганизмов (бактерии, актиномицеты, грибы и т. д.) могут быть определеныпосевом почвенной суспензии на твердые питательные среды, на которых затемзародыши нанесенных микроорганизмов развиваются. В практике обычно используютсяагаризованные или желатинизированные питательные среды. В отдельных случаяхберется различный набор питательных ингредиентов, что помогает выявлять те илииные группы микроорганизмов.
Общие показателичисленности микробов, как бы условны они ни были, представляют определенныйинтерес. На их основании можно примерно вычислить массу совокупностимикроорганизмов в почве. Как показывают подсчеты, она составляет десятые долипроцента массы почвы. По мере перехода от северных почв к южным процентмикробной массы в них увеличивается. В общем, от 0,1 до 1,0% почвенногоорганического вещества состоит из клеток разных микроорганизмов, вызывающихглубокие изменения органических и минеральных составных частей почвы.
При анализе почв нередкоучитывается количество отдельных физиологических групп микроорганизмов. Этоделается так называемым методом титра, при котором жидкие избирательные(элективные) питательные среды для определенных групп микроорганизмов заражаютразными разведениями почвенной суспензии. Устанавливая после выдержки втермостате степень разведения, показавшего наличие искомой группымикроорганизмов, можно затем простым пересчетом определить численность еепредставителей в почве. Таким путем узнают, насколько почва богатанитрификаторами, денитрификаторами, целлюлозоразлагающими и другимимикроорганизмами.
Для характеристики типапочвы и ее состояния важны не только показатели численности разных группмикроорганизмов, но и анализ состояния в почве отдельных их видов. За редкимиисключениями, даже физиологические группы микроорганизмов очень широки. Внешняяобстановка может резко менять видовой состав почвенных микроорганизмов, но малоили совсем не отражается на количестве их физиологических групп. Поэтому прианализе почвы важно стремиться установить состояние отдельных видовмикроорганизмов.
Среди почвенныхмикроорганизмов встречаются представители разных систематических единиц,способные ассимилировать не только легкоусвояемые органические соединения, но иболее сложные вещества ароматической природы, к которым относятся такиехарактерные для почвы соединения, как перегнойные вещества.
Глава II. Рольмикроорганизмов в формировании почвы и ее плодородия
2.1Процесс образования почвы и деятельность микроорганизмов
Все почвы на Землеобразовались из выходящих на дневную поверхность весьма разнообразных горныхпород, которые обычно называют материнскими. В качестве почвообразующихвыступают главным образом рыхлые осадочные породы, так как изверженные иметалморфические породы выходят на дневную поверхность сравнительно редко.
Основоположник научногопочвоведения В. В. Докучаев рассматривал почву как особое тело природы, стольже самобытное, как растение, животное или минерал. Он указал, что в различныхусловиях образуются разные почвы, и что они изменяются во времени. Поопределению В. В. Докучаева, почвой следует называть «дневные», илиповерхностные горизонты горных пород, естественно измененные влиянием рядафакторов. Тип почвы слагается в зависимости от: а) материнской породы, б)климата, в) растительности, г) рельефа страны и д) возрастапочвообразовательного процесса [17].
Разрабатывая научныеосновы почвоведения, В. В. Докучаев отмечал огромную роль живых организмов, и вчастности микроорганизмов, в формировании почвы.
Период творчества В. В.Докучаева совпал со временем великих открытий Л. Пастера, показавших огромноезначение микроорганизмов в превращении разнообразных веществ и в инфекционномпроцессе. В конце прошлого и в начале текущего века был сделан ряд важныхоткрытий в области микробиологии, имевших принципиальное значение дляпочвоведения и земледелия. Было установлено, в частности, что в почвесодержится огромное количество разных микроорганизмов. Это давало повод думатьо существенной роли микробиологического фактора в формировании и жизни почвы.
Одновременно с В. В.Докучаевым работал другой выдающийся ученый-почвовед П. А. Костычев. Вмонографии «Почвы черноземной области России, их происхождение, состав исвойства» (1886) он писал, что геология имеет второстепенное значение в вопросео черноземе, потому что накопление органического вещества происходит в верхнихслоях земли, геологически разнообразных, и чернозем является вопросом географиивысших растений и вопросом физиологии низших растений, разлагающих органическоевещество. П. А. Костычев провел ряд опытов по выяснению роли отдельных группмикроорганизмов в создании перегноя почвы [1].
Большой вклад в представленияо роли биологического фактора в преобразовании Земли и в процессепочвообразования сделал ученик В. В. Докучаева академик В. И. Вернадский. Онсчитал, что главным фактором в миграции химических элементов в верхней частиземной коры являются организмы. Их деятельность затрагивает не толькоорганические, но и минеральные вещества почвенного и подпочвенного слоев.
Уже с начальных этаповпревращения горных пород в почву роль микроорганизмов в процессах выветриванияминералов вырисовывается весьма наглядно. Выдающиеся ученые В. И. Вернадский иБ. Б. Полынов рассматривали выветривание горных пород как результатдеятельности растительных, преимущественно низших организмов. К настоящемувремени эта, точка зрения подтверждена большим экспериментальным материалом [1].
Обычно первыми поселенцамигорных пород являются накипные лишайники, образующие листообразные пластины,под которыми накапливается небольшое количество мелкозема. Лишайники, какправило, находятся в симбиозе с неспорообразующими сапрофитными бактериями.
В отношении ряда элементовлишайники выступают как их аккумуляторы. В мелкоземе под литофильнойрастительностью резко увеличивается количество органического вещества, фосфора,окиси железа, кальция и магния.
Из других растительныхорганизмов, поселяющихся на материнских породах, следует отметить микроскопическиеводоросли, в частности сине-зеленые и диатомовые. Они ускоряют выветривание алюмосиликатови также обычно живут в ассоциации с неспорообразующими бактериями.
Водоросли, очевидно,играют существенную роль как автотрофные накопители органических веществ, безкоторых не может протекать энергичная деятельность сапрофитных микроорганизмов.Последние продуцируют разные соединения, вызывающие выветривание минералов.Многие сине-зеленые водоросли являются фиксаторами азота и обогащаютразрушаемую горную породу этим элементом.
Основную роль в процессевыветривания, вероятно, играют углекислота, минеральные и органические кислоты,вырабатываемые разными микроорганизмами. Имеются указания, что сильным растворяющимдействием обладают некоторые кетокислоты. Не исключается возможность участия ввыветривании перегнойных соединений.
Следует отметить, чтомногие бактерии образуют слизи, облегчающие тесный контакт микроорганизмов сгорной породой. Разрушение последней происходит как под влиянием продуктовжизнедеятельности микроорганизмов, так и в результате образования комплексныхсоединений между веществом слизей и химическими элементами, входящими в составкристаллических решеток минералов. Выветривание горных пород в природе должнорассматриваться как единство двух противоположных процессов — распада первичныхминералов и возникновения вторичных минералов. Новые минералы могут возникатьпри взаимодействии микробные метаболитов друг с другом.
В зависимости от сочетанияряда природных факторов дальнейшее развитие почвообразовательного процессапротекает различно, обусловливая образование того или иного типа почвы. Спервых этапов развития почвообразовательного процесса начинает накапливаться впочвенном слое перегной.
В создании перегноя почвыбольшое значение имеют микроорганизмы. Их роль весьма многогранна. Ониразлагают различного рода остатки и среди прочих веществ образуют соединения,которые служат структурными единицами молекул гумусовых веществ. Частичноподобного рода вещества создаются самими микроорганизмами. Наконец, многиемикроорганизмы вырабатывают фенолоксидизы, которые окисляют полифенолы дохинонов, легко конденсирующихся при определенных условиях в перегнойныесоединения.
Под термином «перегной»,или «гумус», объединяется целая группа родственных высокомолекулярныхсоединений, химическая природа которых до сих пор точно не установлена. Гумуссоставляет 85-90% всего еретического вещества почвы. В нем аккумулированозначительное количество азота, фосфора и ряда других элементов. Перегнойныесоединения могут разлагаться очень многими микроорганизмами (бактериями,актиномицетами, грибами и т. д.).
В природных условияхнакопление перегноя в почве является результатом двух диаметральнопротивоположных процессов — его синтеза и распада. Существенное значение приэтом имеет поступление в почву растительных остатков.
Следует отметить также,что перегнойные соединения в небольших концентрациях стимулируют рост растений,что объясняется содержанием в них биологически активных веществ. Чем больше впочве перегноя, тем более энергично протекают в ней микробиологические ибиохимические процессы, играющие огромную роль в накоплении питательных длярастений соединений.
2.2Микроорганизмы в создании плодородия почв
Почва является основнымсредством производства в сельском хозяйстве. Все продукты сельского хозяйствасостоят из органических веществ, синтез которых происходит в растениях подвоздействием, главным образом, солнечной энергии. Разложение органическихостатков и синтез новых соединений, входящих в состав перегноя, протекает привоздействии ферментов, выделяемых разными ассоциациями микроорганизмов. Приэтом наблюдается непрерывная смена одних ассоциаций микробов другими.
Микроорганизмов в почвеочень большое количество. По данным М.С. Гилярова, в каждом грамме черноземанасчитывается 2-2,5 миллиарда бактерий [13]. Микроорганизмы не только разлагаюторганические остатки на более простые минеральные и органические соединения, нои активно участвуют в синтезе высокомолекулярных соединений — перегнойныхкислот, которые образуют запас питательных веществ в почве. Поэтому, заботясь оповышении почвенного плодородия (а, следовательно, и о повышении урожайности),необходимо заботиться о питании микроорганизмов, создании условий для активногоразвития микробиологических процессов, увеличении популяции микроорганизмов впочве.
Основными поставщикамипитательных веществ для растений являются аэробные микроорганизмы, которым дляосуществления процессов жизнедеятельности необходим кислород. Поэтомуувеличение рыхлости, водопроницаемости, аэрации при оптимальной влажности итемпературе почвы обеспечивает наибольшее поступление питательных веществ крастениям, что и обуславливает их бурный рост и увеличение урожайности.
Однако растениям длянормального роста и полноценного развития необходимы не только макроэлементы,такие как калий, азот, фосфор, но и микроэлементы, например, селен, которыйвыступает как катализатор в различных биохимических реакциях и без которогорастения не в состоянии сформировать действенную иммунную систему. Поставщикамимикроэлементов могут быть анаэробные микроорганизмы — это микроорганизмы,которые живут в более глубоких почвенных пластах и для которых кислород — яд.Анаэробные микроорганизмы способны по пищевым цепям «поднимать» необходимыерастениям микроэлементы из глубинных слоев почвы.
В окультуренныхплодородных почвах бурно развиваются не только микрофлора, но и почвеннаяфауна. Животные в почве представлены дождевыми червями, личинками различныхпочвенных насекомых и живущими в почве грызунами. Из числа микроскопическойфауны черви являются наиболее активными почвообразователями. Они живут вповерхностных горизонтах почвы и питаются растительными остатками, пропуская черезсвой кишечный тракт большое количество органического вещества и минеральнойсоставляющей почвы. Микроорганизмы в почве образуют сложный биоценоз, в которомразличные их группы находятся между собой в сложных отношениях. Одни из нихуспешно сосуществуют, а другие являются антагонистами (противниками).Антагонизм их обычно проявляется в том, что одни группы микроорганизмоввыделяют специфические вещества, которые тормозят или делают невозможнымразвитие других.
Почвы населены многочисленнымипредставителями микро-скопических существ. Мир их разделен на растительные иживотные виды. Микроскопический растительный мир почвы представлен бактериями,актиномицетами, дрожжами, грибами, водорослями. Животный мир почвы составляютпростейшие (протозоа), насекомые, черви и прочие. Кроме них, в почве обитаютразличные ультрамикроскопические существа — фаги (бактериофаги, актинофаги) имногие другие еще мало изученные виды.
Особенно широкопредставлены в почве гнилостные, маслянокислые и нитрифицирующие бактерии, актиномицетыи плесневые грибы.
Количество микробной флорызависит от плодородия почв. Чем плодороднее почвы, чем больше в них перегноя,тем плотнее заселены они микроорганизмами. Накопление микроорганизмов взначительной степени зависит от количественного и качественного содержанияорганических веществ в свежеотмерших растительных и животных остатках ипродуктах их первичного распада; вначале микробов больше, а после минерализацииуменьшается.
Существенное значение вжизни микроорганизмов имеют витамины, ауксины и другие биотические вещества.Небольшие дозы их заметно ускоряют развитие и размножение клеток микробногонаселения.
Почва при высушиванииобедняется микроорганизмами. Иногда численность их при высушивании образцовпочвы уменьшается в 2-3 раза, а нередко в 5-10 раз. Наиболее стойко сохраняютжизнеспособность актиномицеты, затем микобактерии. Самый высокий процент гибелиотмечается среди бактерий. Однако полного вымирания бактерий, даже в условияхдлительной засухи почвы, как правило, не происходит. Даже у весьмачувствительных к высушиванию культур имеются единичные клетки, которыедлительное время сохраняются в сухом состоянии.
На распределение отдельныхмикробов сильное влияние оказывает кислотность почвенного раствора. В почвах снейтральной или слегка щелочной реакцией бактерий бывает значительно больше,чем в кислых, заболоченных или торфяных почвах.
Плесневые грибы лучшепереносят кислую среду, чем бактерии, поэтому они обычно доминируют в кислыхпочвах.
Вопрос о распределениимикробов в почве освещен недостаточно. Повседневные микробиологическиеисследования почв показывают, что клетки бактерий размещаются отдельнымиочагами, в каждом из которых разрастаются и концентрируются клетки одного илинескольких неантагонистических видов.
Групповой состав бактерийв разных почвах не одинаков. Из бактерий в почве преобладают формы, не образующиеспор. Спороносные бактерии составляют около 10-20%.
В почве в большихколичествах обитают также актиномицеты, грибы, водоросли и простейшие. Грибов иактиномицетов в 1 г почвы насчитывается десятки и сотни тысяч, а нередкомиллионы. Общая масса водорослей, по мнению исследователей, немногим уступаетобщей массе бактерий.
Простейшие и насекомые нагектар пахотного слоя составляют массу, равную 2-3 т. Вся эта масса живыхсуществ находится в непрерывном развитии. Отдельные клетки — особи растут, размножаются,стареют и погибают. Происходит непрерывная смена и обновление всей живой массы.Вся бактериальная масса, по самым скромным подсчетам, регенерируется за лето вюжной полосе 14-18 раз. Таким образом, общая бактериальная продукция пахотногогоризонта почвы за вегетационный период определяется десятками тонн живоймассы.
Самый верхний слой почвыбеден микрофлорой, потому что находится под непосредственным влиянием вредно действующихна нее факторов: высушивание, ультрафиолетовые лучи солнечного света,повышенная температура и прочее. Наибольшее количество микроорганизмоврасполагается в почве на глубине 5-15 см, меньше — в слое 20-30 см и еще меньше— в подпочвенном горизонте 30-40 см. Глубже могут существовать лишь анаэробныеформы микробов.
Влияние обработки почвы наинтенсивность микробиологических процессов. Вспашка, культивация, боронованиезначительно стимулируют развитие микрофлоры. Это связано с улучшением водно-воздушногорежима почв.
Наиболее благоприятныеусловия при обработке создаются для аэробных микробов, в результате чего веснойуже через 8-20 дней после обработки численность микрофлоры возрастает в 5-10раз [17].
Разные приемы обработкипочвы действуют неодинаково на микробы и мобилизацию питательных веществ впахотном слое. Поверхностное рыхление подмосковных подзолистых почв усиливаетразвитие микроскопических существ, только в самом верхнем слое почвысапрофитных бактерий в этом слое в 3-4 раза больше, чем в других. Послойноерыхление без оборота пласта активировало микрофлору незначительно. При рыхлениис оборотом пласта почти в 3 раза возросла численность микроорганизмов в нижнемслое, попадающем наверх. Даже в среднем слое, остающемся при такой обработке наместе, содержание микробов явно увеличивается. Аналогичные изменениянаблюдались и в развитии нитрифицирующих бактерий. Эти данные показывают, чтоположительный эффект от оборота пласта в основном объясняется интенсивной минерализациейв нижней его части органических веществ.
В условиях орошаемогоземледелия глубина и способ обработки заметно увеличивают количество полезныхмикроорганизмов как в поверхностных, так и в нижних слоях почвы. При глубокойвспашке наверх выворачивается малоплодородный, бедный микроорганизмами слой почвы,количество микробов в горизонте 0-20 было больше, чем при пахоте на глубину 20см. [20]. Это можно объяснить положительным влиянием удобрений, орошения идругими факторами.
В связи с тем, чтопревращения органических веществ в почве тесно связаны с деятельностьюмикроорганизмов, в слоях, где возросло их количество, увеличилось и содержаниерастворимых питательных веществ, включая нитраты. Существенно значениеобработки почвы и в какой степени зависит от этого активность отдельных группмикроорганизмов, участвующих в мобилизации питательных веществ для растений.Однако беспрерывная обработка почвы без периодического внесения органическихудобрений снижает содержание гумуса.
Чтобы количество гумуса впочве находилось на достаточном уровне, необходимо систематически вноситьорганические удобрения, которые повышают общую численность в почве не толькобактерий, но и актиномицетов и плесневых грибов. Этим создаются благоприятныеусловия для развития всех групп почвенных микроорганизмов. Повышение общейактивности микрофлоры обусловливается как количеством в почве энергетическихили питательных веществ, так и внесением перегноя, торфа, навоза, которыеусиливают аэрацию и повышают влагоудерживающую способность почвы, делая ееболее структурной. Применение минеральных удобрений на почвах, богатыхорганическим веществом, оказывает стимулирующее действие на микрофлору.Питательные элементы, входящие в минеральные удобрения, обеспечивают возможностьрасщепления органических веществ и, следовательно, вызывают интенсивноеразмножение микробов.
Механизм действияминеральных удобрений на микрофлору в почве многогранен. Из повышающих факторовглавными являются такие:
1. Изменение физическихсвойств почвы, оказывающих благоприятное влияние на размножение микробов.
2. Изменение реакции (рН)почвы в сторону нейтральной или слабощелочной.
3. Минеральные удобрения взначительной степени усиливают развитие растений, что, в свою очередь, оказываетстимулирующее действие на микрофлору: более интенсивно растут корни, а,следовательно, и количество ризосферных организмов быстро увеличивается.
Различные факторы внешнейсреды, стимулирующие или ограничивающие развитие микроорганизмов, оказываютнепосредственное влияние и на содержание гумуса в почве. К этим факторам можноотнести температуру, аэрацию, влажность почвы, кислотность и др. Оптимальнымиусловиями для разложения органических остатков является температура 30-35° С ивлажность 70-80% предельной полевой влагоемкости. Но эти условия в то же времямаксимально благоприятны и для минерализации гумуса. Для сохранения перегноянеобходимы рациональная обработка почвы и регулярное возобновление запасоворганических веществ внесением навоза, торфа, сидератов и т. п. Способствуетэтому также применение минеральных удобрений [8].
Гумус повышает количествоводопрочных агрегатов почвы, что способствует хорошей водопроницаемости,экономному расходу воды, улучшает аэрацию и создает благоприятный биологическийрежим в структурной почве, гармонически сочетает аэробный процесс с анаэробным.Перегной служит источником энергии для микроорганизмов и одновременно делаетпочву более благоприятной для развития растений. Он, постепенно и медленноразлагаясь под действием почвенных микроорганизмов, является источникомусвояемых питательных веществ для растений. Учитывая его многогранное влияниена почву, можно сказать, что основные свойства ее, включая плодородие,определяются гумусом.
Заключение
Почва – это не толькосубстрат, на котором растут растения, из которого они черпают минеральныеэлементы питания, она представляет собой сложную систему с различнымипротекающими в ней биологическими и биохимическими процессами. В почвепроисходят разнообразные биохимические превращения, устанавливается сложная взаимосвязьмежду микроорганизмами.
Почвенные микроорганизмысоставляют значительную часть любой биогеосистемы — экологической системы,включающей почву, косное (неживое) и биокосное (живое или произведенное живымиорганизмами) вещества — и активно участвуют в ее жизнедеятельности. Почваобладает высокой буферной способностью, т.е. долгое время может не изменятьсвоих свойств под воздействием загрязнителей. Микроорганизмы почв обладаютвысокой чувствительностью к антропогенному воздействию. Поэтому они являютсяхорошими индикаторами загрязненности окружающей среды. Так, по виду микрофлоры,преимущественно обитающей (или, наоборот, отсутствующей) на данной территории,можно определить не только степень загрязнения, но и его вид (какое именнозагрязняющее вещество превалирует на данном участке). Например, индикаторамисильного антропогенного загрязнения является отсутствие коккоидных форммикроводорослей из отдела Chlorophyta. Наиболее устойчивыми к загрязнениюоказались нитчатые формы синезеленых водорослей (цианобактерий Cyanophyta) изеленых водорослей.
Вместе с тем,микроорганизмы сами являются очистителями окружающей среды. Дело в том, чтопитательными веществами для многих бактерий являются абсолютно несъедобные длявысших организмов вещества. В большинстве случаев данные вещества (такие, какнефть, метан и т.п.) являются для таких бактерий прямыми источниками энергии,без которой они не выживут. В некоторых других случаях такие вещества неявляются для бактерий жизненно важными, но бактерии могут их поглощать вбольших количествах без вреда для себя. Еще до приспособления бактерий вкачестве биофильтров и биоочистителей, до появления искусственныхзагрязнителей, микроорганизмы уже эффективно выполняли очистительную роль вприроде.
Оценка состояния обитающихв почве организмов, их биоразнообразия имеет важное значение при решении задачприродоохранной практики: выделении зон экологического неблагополучия, расчетеущерба, нанесенного деятельностью человека, определении устойчивости экосистемыи воздействии тех или иных антропогенных факторов. Микроорганизмы и ихметаболиты позволяют проводить раннюю диагностику любых изменений окружающейсреды, что важно при прогнозировании изменений окружающей среды подвоздействием природных и антропогенных факторов.
Списокиспользованной литературы
1. Авраменко И.Ф. Микробиология: учеб. пособие. – М.: Колос, 1972. -190 с.
2. Андрус Д. и др. Введение в химию окружающей среды. М.: Мир, 1999.
3. Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. М.: МГУ, 1989.
4. Громов Б. В., Павленко Г. В. Экология бактерий. Л.: ЛГУ, 1989.
5. Гусев М. В., Минеева Л.А. Общая микробиология. М.: МГУ, 1993.
6. Гусев М.В. Микробиология: учебник. — М.: Академия, 2003. — 464 с.
7. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах.М.: Наука, 1990. 270 с.
8. Звягинцев Д. Г. Почва и микроорганизмы. М.: МГУ, 1985.
9. Кожевин П. А. Микробные популяции в природе. М.: МГУ, 1985.
10. Лыков A.М., Коротков A.А., Громакова Т.Г. Земледелие с почвоведением. — М.: Агропромиздат, 1985.
11. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология: учебник. — 3-е изд., перераб. идоп. — М.: Агропромиздат, 1987.
12. Микроорганизмы в сельском хозяйстве / отв. ред. Н.А. Красильников. – М.:Изд-во Московского университета, 1963. – 457 с.
13. Нарциссов В. Т. Научные основы систем земледелия. — 2-е изд., перераб. идоп. — М.: Колос, 1982.-328 с.
14. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология: учебник. — М.: Академия, 2006.- 352 с.
15. Орлов А. П. Химия почвы. М.: МГУ, 1985.
16. Почвоведение: учебник/ под. ред. И.С. Кауричева. – 4-е изд. – М.:Агропромиздат, 1989. – 719 с.
17. Пяткин К.Д., Кривошеин Ю.С. Микробиология. – 4-е изд., перераб., и доп.– М.: Медицина, 1981. – 512 с.
18. Сидоренко О.Д. Микробиология: учебник. — М.: Инфра-М, 2005. — 285 с.
19. Хазиев Ф.Х., Мукатанов А.Х., Хабиров И.К. и др. Почвы Башкортостана. Т.1. Уфа: Гилем, 1995. 384 с.
20. Хазиев Ф.Х., Кольцова Г.А., Рамазанов Р.Я. и др. Почвы Башкортостана. Т.2. Уфа: Гилем, 1997. 327 с.
21. Хазиев Ф.Х. Почвы Республики Башкортостан и регулирование их плодородия.– Уфа: Гилем, 2007. – 288 с.
22. Экология микроорганизмов: учебник / под. ред. А.И. Нетрусова. – М.:Академия, 2004. – 272 с.