Распространение и роль микроорганизмов в природе

Микроорганизмы распространены повсюду, но основным местом их обитания является почва.

Распределение микроорганизмов в почве зависит от конкретных физико-географических условий, типа почвообразовательного процесса, гидро-логического режима и ряда других факторов.

Минимальное количество бактерий и других микроорганизмов отмечено в почвах северных районов (подзолы), максимальное – в южных районах (черноземы, сероземы) под травянистой растительностью. Это увеличение общего числа микроорганизмов с продвижением к югу связано с миром бактерий, тогда как численность грибов уменьшается.

Наиболее заселена верхняя часть профиля почвы. С продвижением вниз численность микроорганизмов убывает с разной степенью резкости в зависимости от типа и свойств почвы. Распределение представителей микромира здесь находится в тесной зависимости от запаса органического вещества. Так, например, в верхнем А1 горизонте дерново-подзолистой лесной почвы общее число микроорганизмов доходит до 2,7 млрд в 1 г, а в нижнем подзолистом – 0,3 млрд, т.е. почти на целый порядок меньше. Однако в период засухи наиболее насыщенными могут оказаться более глубокие горизонты почвы, сохранившие воду.

В течение года численность микромира почвы сильно изменяется. Массовые вспышки численности могут сменяться резким снижением. Меняется и соотношение различных групп микроорганизмов почвы по ходу вегетации.

Максимальное количество представителей микроскопических существ в одном и том же генетическом горизонте отмечено около живых корней растений (в ризосфере), а также на поверхности органических остатков. В лесной подстилке развивается очень много микроскопических грибов.

Основная масса микроорганизмов почвы (80 – 90 %) находится на поверхности или внутри почвенных частиц, где им легче использовать субстратный материал, к которому они прикреплены. Адсорбция бактерий на поверхности почвенных частиц способствует их закреплению в определенных слоях почвы и сохранению гомеостаза микробных ассоциаций. Это, в свою очередь, ведет к сбалансированному для каждой разновидности почвы круговороту веществ. С развитием того или иного почвообразовательного процесса, вызванного естественными или искусственными причинами, идет и изменение состава микрофлоры, и ее распределение по профилю почвы.

Частички почвы заселены микроорганизмами очень своеобразно: на поверхности развивается аэробная часть микромира, а внутри – анаэробная. Сплошной чехол из аэробных бактерий на поверхности почвенной частички создает своеобразный фильтр, который поглощает кислород вследствие дыхания аэробов, и воздух внутри частички оказывается лишенным кислорода. Именно поэтому внутри почвенных частичек развиваются облигатные анаэробы, например бактерии из рода Clostridium.

Характерно распределение бактерий в типично лесных почвах. Так в условиях Северо-западной таежной зоны маломощных подзолов в еловых лесах кисличного типа численность бактерий в 4 раза выше, чем в торфяно-перегнойных иловатых почвах болотного ряда почвообразования. Прослеживается тесная связь количества бактерий с продуктивностью лесов: наиболее высокий среднегодичный прирост древесины характерен для кисличников, а наименьший – для сфагнозников травяных с постоянным избытком влаги.

Из грибов в почве наряду с родами Penicillium и Aspergillus заметное место занимают Fusarium и Trichoderma, а в почве тундры и степей еще и Dematium. С продвижением на юг заметно увеличивается число грибов из рода Aspergillus, а количество грибов из рода Penicillium даже несколько снижается. При окультуривании почвы количество бактерий увеличивается примерно вдвое, а число грибов уменьшается.

Цианобактерии широко распространены во всех почвах, особенно в степных каштановых, в пустынях, на голых скалах и даже на поверхности льда и снега в высоких горах. Встречаются они и в воде морей, озер, водохранилищ, прудов и других водоемов, а также в воде горячих источников при температуре до 70 °С.

Достаточно широкое распространение в почве, особенно в ее самых верхних генетических горизонтах, получают микроскопические водоросли (50 – 100 тыс. клеток на 1 г почвы).

По месту обитания различают наземные, водно-наземные, собственно почвенные и сверлящие водоросли. Первые разрастаются на поверхности почвы в виде налета, коробочек, вызывая «цветение» почвы. Вторые живут в воде постоянно влажных почв, и лишь третьи обитают непосредственно в толще почвы. Сверлящие водоросли, поселяясь на камнях, проделывают в них ходы и в этих ходах живут, растут и размножаются.

Распределение водорослей по профилю почвы сходно с распределением бактерий: с глубиной резко сокращается число видов и их масса.

Максимальная глубина почвы, на которой обнаруживаются водоросли, не превышает 1,5 м. Общее число видов водорослей в лесной почве (25 – 65) ниже, чем в почве травянистых фитоценозов, где это число может достигать 100 и более.

В подзолистых почвах таежной зоны преобладают зеленые водоросли, в дерновых почвах – диатомовые. Диатомовые водоросли широко также представлены в почве верховых болот, на каменистых залежах и в некоторых других местах.

В глубоких слоях почвы, куда не проникает свет, облигатно автотрофные водоросли погибают, а факультативные переходят на гетеротрофный сапрофитный тип питания.

В грубогумусных разной степени оподзоленности почвах лесов таежной зоны основную роль в круговороте веществ играют грибы, количество которых здесь варьирует от 250 до 900 тыс. шт. в 1 г сухой почвы, затем уже бактерии, хотя количество последних в этих почвах доходит до 2 – 4 млрд. в 1 г почвы. И тех, и других представителей микробного мира привлекает здесь, прежде всего обилие органических остатков (корнепад, листопад) и воды. Меньше всего встречается в почвах таежных лесов актиномицетов, которые не выносят кислой среды.

Простейшие животные встречаются во всех почвах. Их число доходит до нескольких тысяч и даже сотен тысяч клеток в 1 г сухой почвы. Наибольшее значение для них имеют наличие воды в порах почвы, и количество пищи, главным образом масса бактерий, водорослей и дрожжей.

В воде рек, озер, морей и других водоемов микроорганизмов значительно меньше в связи с большим проникновением в воду света и меньшим содержанием органических и минеральных веществ. Вода рек может содержать разное количество микробов в зависимости от того, как далеко река расположена от населенных мест и защищена от сброса различных сточных и промышленных вод, – от нескольких сотен и тысяч до миллионов в 1 мл. В озерах количество микроорганизмов колеблется от нескольких тысяч до 10 млн в 1 мл воды. Очень много различных групп микроорганизмов в верхних слоях ила прудов, водохранилищ, рек и озер до нескольких миллиардов клеток в 1 г ила.

Обилие света и отсутствие питательных веществ в воздухе предопределяют очень слабое развитие в нем микроскопических существ. Лишь в пыльном воздухе помещений с множеством людей (вокзалы, кинотеатры и т.д.) санитарно-гигиенические условия резко ухудшаются из-за обилия микробов. Замечено довольно резкое увеличение числа бактерий и других микроорганизмов в школьных классах после уроков, в студенческих аудиториях после лекций и занятий. В воздухе городов количество микроорганизмов в несколько сотен раз больше, чем в загородном парке или в лесу. Там деревья и в целом все растения очищают воздух от пыли и, выделяя особые вещества – фитонциды, убивают бактерии. Известно, что фитонциды дуба излечивают от дизентерии, а сосны - убивают туберкулезную палочку Коха. Допустимая санитарная норма содержания микроорганизмов в воздухе не более 11 тыс. в 1 м3.