Распространение микроорганизмов в почве

Почва богато заселена микроорганизмами, которые в ней живут, размножаются и погибают.

Численность микроорганизмов наиболее велика в поверхностных слоях почвы, хотя в различных почвенно-климатических условиях она несколько отличается. В зонах с низкими температурами количество микроорганизмов незначительно и возрастает в умеренных, субтропических и тропических зонах. В почвах, богатых органическим веществом, микроорганизмов больше, чем в бедных гумусом почвах.

Из всех природных сред почва является наиболее благоприятной для развития микроорганизмов. В ней всегда имеются необходимые питательные вещества, влага, кислород; она хорошо защищает микробы от губительного воздействия прямых солнечных лучей и от высыхания.

Разные типы почв отличаются химическим составом, структурой, содержанием влаги и воздуха, реакцией среды. Поэтому состав и количество обитающих в них микроорганизмов не одинаковы. На состав и количество микроорганизмов в почве влияют также климатические условия, время года, растительный покров и другие условия. В поверхностном слое почвы (исключая самый верхний тонкий слой) на глубине 1—2 см содержится микроорганизмов в 10—20 раз больше, чем на глубине 25 см.

В верхних слоях, богатых растительными и животными остатками и хорошо снабженных воздухом, преобладают аэробные микроорганизмы, способные разлагать сложные органические соединения. В более глубоких почвенных слоях меньше органических соединений и воздуха, в результате чего там преобладают анаэробные бактерии.

Из почвы микроорганизмы попадают на растения. На поверхности растений и цветов имеются углеводы и другие органические соединения, там часто обитают молочнокислые бактерии.

Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов зависят от среды их обитания. Чем благоприятнее условия жизни, тем интенсивнее развиваются микроорганизмы, и наоборот, чем условия менее благоприятны, тем медленнее происходит их развитие.

Знание основных условий взаимодействия между средой и микроорганизмами позволяет разработать мероприятия по успешной борьбе с ним или по эффективному использованию микроорганизмов в производственных процессах. Регулируя условия внешней среды, можно не только управлять жизнедеятельностью микроорганизмов, но и вызвать у них желаемые изменения, получить новые, более полезные формы микроорганизмов.

На развитие микроорганизмов влияют физические, химические и биологические факторы.

В почве обитают самые различные микроорганизмы. Особенно широко распространены в ней гнилостные, маслянокислые бактерии, грибы и др. В почве могут содержаться также болезнетворные микроорганизмы — возбудители бруцеллеза, столбняка, сибирской язвы, ботулизма и др. Поэтому почвенные загрязнения молочных продуктов непосредственно или через воду представляют большую опасность.

Наиболее распространены бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, низшие водоросли, простейшие, вирусы и т. д. В настоящее время хорошо изучены бактерии, актиномицеты и грибы, т. е. виды, которые принимают активное участие в почвообразовательном процессе и в круговороте веществ.

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:

1. гумусообразование;

2. разрушение и новообразование почвенных минералов;

3. превращение азотсодержащих соединений (нитрификация), серы, железа и марганца (глееобразование, засоление);

4. 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).

Содержание микроорганизмов в почве в течение года сильно колеблется. Одновременно происходит изменение соотношения грибов и бактерий: весной преобладают грибы, летом бактерии, осенью снова грибы.

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.