Характеристика биологической активности почв

Долгое время почвенные микробиологи считали, что именно характеристика микробного сообщества даст наиболее точное и правильное представление о почвенных организмах и тех изме­нениях в микробиологических свойствах почвы, которые происходят под действием тех или иных факторов. Эту задачу решали методом посева на агаризованные среды: мясо-пептонный агар (МПА), крахмало-аммиачную среду, среду Эшби, почвенный агар для учета так называемого «общего» количества бактерий и акти­номицетов и на сусло-агар или подкисленную (для предотвраще­ния роста бактерий) среду Чапека для учета грибов. В разных почвенных горизонтах и разных типах почв определяется разное количество микроорганизмов. Оно резко изменяется при различ­ных антропогенных воздействиях (распашка почвы, внесение удобрений, известкование, орошение, осушение и др.). Было при­нято общее положение «чем больше микробов, тем лучше». При­митивными методами изучался и качественный состав микроор­ганизмов в основном по морфологии колоний. Хотя такой подход и давал некоторые ценные сведения, он оставался, далек от со­вершенства. Во-первых, на указанных средах вырастает лишь малая часть микроорганизмов, находящихся в почве (указанные среды являются узкоэлективными и пригодны только для опре­деленных микробов). Во-вторых, остается неизвестным, какие из них находились в почве в активном состоянии, а какие — в анабиозе. Вообще целью эколога является выяснение вопроса о том, какой микроорганизм и с какой скоростью ведет тот или иной процесс, причем не на питательной среде, а непосредственно в почве. Численность и активность для микробов являются дву­мя разными характеристиками.

Широкое распространение получило определение так называе­мых физиологических групп микроорганизмов в почве (сахаролитиков, целлюлозоразлагающих, пектинолитических, крахмалолитических, хитинолитических, азотфиксаторов, денитрификаторов, аммонификаторов, нитрификаторов, сульфатредуцирующих бак­терий, метаногенов, метанотрофов, термофилов, психрофилов, ацидофилов, алкалофилов и др.). Часто проводились качествен­ные и только иногда делались попытки провести количествен­ные определения. Интенсивность процессов, как правило, опре­делялась только в лаборатории в почвенных образцах, т.е. не реальная, а потенциальная. Вообще следует четко различать ре­альную (актуальную, полевую) биологическую активность и по­тенциальную (лабораторную, максимальную). Реальную актив­ность можно определять всего по нескольким показателям (в основном это газовый анализ). Такие определения очень трудо­емки из-за пестроты почвенного покрова и временных колеба­ний, т.е. определения необходимо проводить в нескольких точ­ках в разные часы в течение суток, в разные сутки, месяцы и годы. Нет такого показателя, который характеризовал бы общую активность всех организмов. Однако показательными являются такие процессы как выделение С0₂, скорость азотфиксации (оп­ределение выделения этилена ацетиленовым методом), опреде­ление скорости выделения и поглощения окиси и закиси азота, образования и поглощения метана, поглощения угарного газа (СО). Реальную активность неплохо определяют аппликацион­ные методы, когда в почву помещают кусок льняной ткани и после продолжительной экспозиции (10-30 дней) определяют убыль в весе, т.е. разложение целлюлозы, а также накопление аминокислот и белков нингидриновым методом.

Все остальные методы определяют только потенциальную ак­тивность почв, которая, как правило, в десятки и сотни раз выше реальной. Это в первую очередь относится к газовым анализам, проводимым в лаборатории на почвенных образцах, помешен­ных в оптимальные условия температуры, влажности и др. По­тенциальная активность различна для разных почв и разных со­стояний почвы и дает ценную информацию об этой почве. К определению потенциальной активности следует отнести все ме­тоды определения численности микроорганизмов методом посева и прямыми микроскопическими методами, а также определение ферментативной активности почв (в настоящее время определя­ют активность в почве 50 ферментов или даже групп ферментов). Таксономическая характеристика также слабо связана с актив­ностью в реальных условиях.

Микробиология добилась огромных успехов в изучении про­цессов и превращений веществ, которые могут осуществлять микроорганизмы. Вероятно, подавляющее большинство из них известно, но какой микроорганизм или группа микроорганизмов играют главную роль в данной почве в осуществлении опреде­ленного процесса, обычно остается неизвестным, хотя ясно, что главную роль в разложении целлюлозы и лигнина во всех почвах играют грибы, а в азотфиксации под бобовыми культурами — клубеньковые бактерии.

Характеристика биологической активности почв (биологиче­ских свойств почв) и микробных сообществ нужна для: 1) пони­мания генезиса почв, объяснения роли организмов (биологиче­ского фактора) в образовании почв разных типов, 2) понимания роли почвенных микроорганизмов в круговороте веществ, 3) вы­яснения роли почвенных организмов в биосферных функциях почв, 4) определения законов и принципов функционирования комплекса почвенных организмов, 5) биодиагностики и биоин­дикации почв, 6) увеличения продукции растений и повышения ее качества, 7) устранения вредных антропогенных воздействий на почву, 8) рационального ведения сельского хозяйства, 9) уп­равления микробиологическими (биологическими процессами) в почве, 10) оценки степени воздействия антропогенного факто­ра на почвы и их продуктивность.

Микробные системы играют первостепенную роль в кругово­роте веществ и потоках энергии в биогеоценозах, они, в конеч­ном счете, определяют гомеостаз экосистем. В природе есть эко­системы, состоящие из одних микроорганизмов, но нет экосистем, включающих только высшие организмы. Следовательно, один из центральных вопросов экологии — организация и устойчивость биологических систем — не может быть решен без привлечения данных, касающихся структурно-функциональной организации микробных сообществ. Чтобы понять и оценить, как организо­ваны в пространстве и времени микробные сообщества, необхо­дим системный подход. Именно такой подход является приори­тетом отечественного естествознания. Один из выдающихся русских ученых, создатель новой отрасли естествознания — поч­воведения, В.В. Докучаев был первым ученым, который открыл закономерную связь между мертвой и живой природой, между растительным, животным и минеральным царствами. Он «пред­восхитил, в сущности, главный принцип системного метода ис­следования, который получил широкое распространение только в середине 20-го века» (Добровольский, 1996).

Созданное В.В. Докучаевым учение о географической зональ­ности природы получило дальнейшее развитие в трудах многих русских ученых, основоположников научных школ и новых дис­циплин, появившихся на стыке наук: В.Н. Сукачева, Н.В. Дылиса, В.М.Лавренко (биогеоценология), НА Северцова, В.Н. Беклеми­шева, Ю.И. Чернова, И.В. Стебаева (экологическая биогеография и зоогеография), И.К. Пачоского, Л.Г. Раменского, Т.А. Работнова (ботаническая география и фитоценология) и др.

Слайды, презентации

Контрольные вопросы:

1. Важнейшими особенностями систем, относящихся к надорганизменному уровню организации жизни» по классификации немецкого эколога В. Тишлера, являются?

2. Для чего нужна характеристика биологической активности почв?

3. Экология сообществ (синэкология)?

4. Понятие о сообществах?

Литература:

1. Бигон. М. ²Экология. Особи, популяции и сообщества. М.: Мир, 1989. Том 2.

2. Дж. М. Андерсон Экология и науки об окружающей среде. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

3. Кормилицын М. С. Основы экологии. М.: МПУ,1997.

4. Петров К. М. Общая экология. СПб: Химия, 1997.

5. Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник.-М.: Мысль,1990.

1. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв: Учебник. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Изд-во МГУ, 2005.