Роль микроорганизмов в формировании почв и почвенного плодородия

Роль микроорганизмов в формировании почв и почвенного плодородия необычайно сложна и разнообразна; микробы, будучи древнейшими организмами на земном шаре, существующими миллиарды лет, являются самыми древними почвообразователями, действовавшими задолго до появления высших растений и животных. Последствия жизнедеятельности микроорганизмов выходят далеко за пределы обитаемых ими почв и определяют во многом свойства осадочных пород, состав атмосферы и природных вод, геохимическую историю таких элементов, как углерод, азот, сера, фосфор, кислород, водород, кальций, калий, железо.

Микроорганизмы по свойствам полифункциональны в биохимическом отношении и способны осуществлять в биосфере и почвах такие процессы, которые недоступны растениям и животным, но которые являются существенной частью биологического круговорота энергии и веществ. Таковы процессы фиксации азота, окисления аммиака и сероводорода, восстановление сернокислых и азотнокислых солей, осаждение из раствора соединений железа и марганца. Сюда же относится микробный синтез в почве многих витаминов, энзим, аминокислот и других физиологически активных соединений.

Осуществляя эти поразительные реакции, автотрофные бактерии, подобно растениям, могут сами синтезировать органическое вещество, но не используя при этом энергию Солнца. Именно поэтому есть все основания считать, что первичный почвообразовательный процесс на Земле, осуществлялся сообществами автотрофных и гетеротрофных микроорганизмов задолго до появления зеленых растений. Следует отметить, что бактерии и грибы являются весьма сильными разрушителями первичных минералов и горных пород, агентами так называемого биологического выветривания.

Синтез физиологически активных соединений, гумусообразование и полная минерализация органических остатков — главная функция микроорганизмов в почвенных процессах и биологическом круговороте.

Растения синтезируют органическое вещество, животные выполняют первичное механическое и биохимическое разрушение органики и подготовку ее для будущего гумусообразования. Микроорганизмы, завершая разложение органического вещества, синтезируют почвенный гумус, а затем разрушают.

Микроорганизмы встречаются иногда на глубине десятков и сотен метров. Ho главная их масса сосредоточена в корнеобитаемых горизонтах почвы и особенно в верхних 10—20 см. Общий вес сырой массы различных микроорганизмов может составлять в верхнем 25-сантиметровом слое почвы до 10 т/га. Macca микроорганизмов составляет 0,5—2,5% от веса гумуса в почвах. При этом в расчете на 1 г почвы численность микроорганизмов составляет десятки и сотни миллионов экземпляров, а в ризосфере растений — десятки миллиардов. Чем выше уровень плодородия естественных почв, тем богаче и разнообразнее представлены в них микроорганизмы. Высокоплодородные культурные почвы наиболее богаты разнообразными микроорганизмами.

В числе почвенных микроорганизмов имеются как представители растительного мира, так и представители животного мира. В микрофлоре наиболее многочисленные грибы, актиномицеты и бактерии. Водоросли распространены значительно меньше. В микрофауне преобладают амебы и жгутиковые. Реснитчатые и микронематоды в почвах также иногда встречаются в большом числе. Все больше накапливается данных о присутствии в почвах неклеточных форм микроорганизмов (бактериофаги, вирусы).

Микрофлора почвы.

Состав микрофлоры почвы меняется в зависимости от типа и состояния почвы, состава растительности, температуры, влажности. Большинство микроорганизмов почвы способны развиваться при нейтральном рН, высокой относительной влажности, при температуре от 25 до 45°С.

Численность микроорганизмов в почве колеблется от нескольких десятков - сотен тысяч (почвы севера), до нескольких миллиардов (черно- и красноземы) в 1г. Самый поверхностный тонкий слой почвы содержит мало микро­организмов, так как они погибают под влиянием солнечных лучей и высушивания. Наибольшая плотность микрофлоры находится на глубине до 15-20см (пахотный слой почвы), где складывается благоприятный режим влаги, температуры, воздухообеспеченности, и где находятся растительные и животные остатки - источники питания гетеротрофных микробов. Здесь в основном обитают актиномицеты и аэробы. По мере углубления количество микроорганизмов постепенно уменьшается до нуля (на глубине четырех метров). Независимо от глубины наиболее густо всегда заселена околокорневая (ризосферная) зона растений.

Микрофлора почвы включает все известные группа микроорганизмов: споровые и споронеобразующие бактерии, актиномицеты, грибы, спирохеты, архебактерии, простейшие, сине-зеленые водоросли, микоплазмы и вирусы.

В 1г почвы насчитывается до 6 млрд. микробных тел. На качественный и количественный состав микрофлоры почвы влияет тип почвы, еѐ плодородие, влажность, аэрация и физико-химические свойства. На микробиоценоз почвы существенно влияет деятельность человека: обработка почвы, внесение удобрений, мелиорация, загрязнение отходами производств. Особо опасным в санитарном отношении является загрязнение почвы необезвреженными отходами животноводства (навоз, моча, отходы боенского производства, трупы животных).

Первая группа – микробы, осуществляющие разложение и минерализацию органических животных и растительных остатков, попадающих в почву, процесс очищения ее от нечистот и отбросов. К ним относятся бактерии, способные усваивать молекулярный азот (азотфиксирующие), нитрифицирующие бактерии (Nitrosomonas и Nitrobacter), способные окислять аммиак до азотной кислоты, образуя нитриты; бактерии-аммонификаторы, которые вызывают гниение остатков растений, трупов животных, разложение мочевины; бактерии, расщепляющие клетчатку, вызывающие различные виды брожений (молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое и др.).

Среди патогенных микробов имеются такие, для которых почва является постоянным местом обитания. Это возбудители ботулизма, актиномицеты и грибы - возбудители микозов.

Вторая группа - это спорообразующие бациллы и клостридии, которые попадают в почву с выделениями человека и животных и могут длительно здесь сохраняться в виде спор. Это бациллы сибирской язвы, клостридии ботулизма, столбняка и газовой анаэробной инфекции.

К третьей группе относятся неспорообразующие бактерии и вирусы, которые попадают в почву с выделениями человека и животных, сохраняются здесь в течение нескольких дней и месяцев. Это бактерии - возбудители брюшного тифа и дизентерии, палочки туберкулеза, лептоспиры, вирусы. Значение почвы как фактора передачи при этих инфекциях относительно невелико.

Обеззараживающая способность разных почв неодинакова и подчас почва может служить благоприятным субстратом для патогенных микроорганизмов.

Для возбудителей актиномикоза, глубоких микозов, микотоксикозов почва является естественной средой обитания.

Санитарное состояние почвы оценивают по микробному числу (общему количеству микроорганизмов в 1 г почвы) по по коли-титру,и наличию санитарно-показательных микроорганизмов. Присутствие в почве Escherichia coli и Streptococcus faecalis указывает на свежее фекальное загрязнение, бактерий рода Citrobacter и Enterobacter - на несвежее, a Clostridium perfringens - на давнее.

Микробиологическое исследование почвы имеет значение при строительстве жилищ, животноводческих помещений, водохранилищ. Пробы почвы берут из глубины. Самоочищающая способность почвы ограничена, а методы обеззараживания почвы громоздки и малоэффективны (например, 5 кг хлорной извести на 1м2 почвы).