На активность микроорганизмов в почве влияет

Обновлено: 08.07.2024

Анализ литературы свидетельствует о чрезвычайно важном значение микроорганизмов в почвообразовании и поддержании плодородия почв. Они трансформируют растительные остатки, участвуют в формировании структуры почвы, образовании гумуса и его минерализации. Глобальной является роль микроорганизмов в пополнении биосферы, в том числе грунтов, азотом, мобилизации фосфора из органических и труднорастворимых неорганических соединений. Важным, однако недостаточно исследованным, является участие микроорганизмов в мобилизации калия в агроэкосистемах.

Почва представляет собой биоорганоминеральную систему, обеспечивающую рост культурных растений и, таким образом, необходимые для существования всего живого условия. Одним из основных факторов процесса почвообразования есть функционирование почвенной микрофлоры, содержание которой в 1 г по данным Е.М. Мишустина, достигает миллиардов клеток. Этой микрофлоре свойственна чрезвычайно высокое разнообразие видового состава.

Однако, основное их количество не способно расти на питательных средах, которые используют на сегодня для культивирования микроорганизмов. Их природной средой жизнедеятельности может быть организм человека или животного, водные или морские экосистемы, термальные источники, продукты питания и т.д.. Следует отметить, что численность культурабельных клеток в почве может меняться в зависимости от стадии сукцессии экосистемы и, по данным этих исследователей, отношение культурабельных клеток к их общему количеству в ризосфере снижалось от 0,25 до 0,05 в течение первых 30-50 дней выращивания растений. Суммарная масса прокариотных организмов на Земле примерно соответствует биомассе эукариотов.

Среди микрофлоры почвы встречаются представители почти всех видов микроорганизмов, описанных в определителе Берджи. Бактерии и грибы являются наиболее распространенными и экологически важными фитосимбионтами. Однако другие представители естественных экосистем играют важную роль в их функционировании. Так, было показано, что исключение беспозвоночных из состава биоценоза опада дубового леса в 2-5 раз замедляло его разложения микробного ценоза.

Масса микроорганизмов почвы достигает десятых долей процента от его общей массы. От 0,1 до 1,0% органического вещества почвы представлено клетками различных видов микроорганизмов. Согласно данным болгарских ученых, масса бактерий и микроскопических грибов в луговых экосистемах достигает нескольких тонн на гектар. Максимальная ее количество наблюдалось в осенний период, что авторы связывают с поступлением в почву в это время растительных остатков. Содержание углерода микробной массы составляет от 2 до 10% его общего содержания в тропических почвах и является выше по сравнению с почвами умеренных широт на 1-4%.

Численность микроорганизмов в почве (показатель биогенности почвы) колеблется не только в течение года, но и в течение незначительных промежутков времени в зависимости от его температуры, влажности, состояния растительного покрова и т.д.. Например, в южных регионах на неполивных грунтах в летний засушливый период доминантами являются актиномицеты, а весной и в осенний период - бактерии, численность которых летом значительно снижается.

Увлажнение почвы заметно влияет на состояние микробного ценоза в таких зонах.
Обычно, активизация деятельности микрофлоры почвы происходит в весенний период года.

Функционирования почвенной микрофлоры является одним из важных факторов, способствующих структуризирования почвы. Так, например, развиваясь на поверхности частиц почвы, грибы и актиномицеты окружающих эти частицы мицелием и формируют водостойкие агрегаты, на следующем этапе могут скрепляться гумусом. Определенную роль в этом процессе играют микроорганизмы, которые синтезируют внеклеточные полисахариды.

Значительное влияние на распространение в почве тех или иных групп микроорганизмов вызывают корневые выделения растений.

Согласно имеющимся данным корневые выделения составляют около 20% от общего количества продуктов фотосинтеза растений. В состав корневых выделений входят углеводы, органические кислоты, аминокислоты, пептиды, алкалоиды, гликозиды, витамины, вещества фенольной природы и т.п.. Среди органических кислот определено яблочную, янтарную, винную, лимонную, фумаровую, щавелевую и другие кислоты.

Показано, что состав корневых экзометаболитив зависит от условий и стадии развития растений. Так, в составе выделений двухсуточных ростков семян томатов преимущественно определялась щавелевая кислота, содержание которой достигало 296 нг в расчете на семя, что составляло 48,9% от общего количества исследуемых органических кислот. В меньших количествах определялись пировиноградная (18,6%), кетоглутаровая (17,3%) и молочная (12,7%) кислоты. После 4 суток проращивания семян в составе экзометаболитов преобладала лимонная кислота, которая вообще не оказывалась после двухсуточного проращивания семян, ее содержимое достигало 2060 нг на 1 семечко, что составляло 53,7% от общего количества органических кислот в этих выделениях. Содержание щавелевой, молочной и пировиноградной кислот достигало соответственно 16,6, 12,3 и 7,6%. В выделениях 14-суточных ростков содержание лимонной кислоты достигало 13630 нг на растение и составил 55% от общего количества органических кислот. Доля щавелевой, яблочной и молочной кислот составляла соответственно 5,7,15,3 и 10,0% от общего количества органических кислот.

Различия в количественном и качественном составе корневых выделений и в трофических потребностях микроорганизмов вызывают значительное влияние на рост в зоне корня представителей микрофлоры разных таксономических групп, а также их антагонистическую активность. Так, при наличии в среде глюкозы Pseudmonas chlororaphis SPB 1217 характеризовался антифунгальной активностью к грибам Fuzarium oxisporum. Зона подавления роста грибов достигала 13 мм. Однако, во время культивирования при тех же условиях другого вида этих бактерий, антифунгальной активности не обнаружено. В среде с целобиозою, наоборот, зона подавления роста гриба бактериями Р. fluorescens SPB 2137 становила 30 мм, а Р. chlororaphis SPB 1217 -12 мм.

Корневые выделения является пищевым субстратом для других компонентов биоценоза почвы, в первую очередь, микроорганизмам, которые интенсивно размножаются в корневой зоне растений, особенно в той части, которая непосредственно прилегает к поверхности корней в радиусе от него не более 2 мм-ризосфере.

Ризосфера растений является динамичной средой, в которой действует много факторов, которые определяют структуру и состав микробных сообществ, колонизируют ризосферу и ризоплану растений. Исследования структуры и состава этих группировок является фундаментальной задачей для понимания того, как влияют на биологические процессы почвы факторы окружающей среды и практика растениеводства.

Известно, что состав микрофлоры ризосферы различных растений существенно отличается. К тому же, эти различия являются существенными, если сравнить микробные ценозы объема почвы и ризосферы. Кроме того, микрофлора поверхности корня (ризоплана) в определенной степени также отличается от микробного ценоза ризосферы. В ризоплане преобладают грамотрицательные бактерии. Непосредственно на корнях растений оказывается меньшее количество микроорганизмов, чем в прикорневой зоне.

Это может быть обусловлено тем, что корни выделяют не только питательные для микроорганизмов вещества, но и продуцируют фитонциды, которые ингибируют развитие микроорганизмов в ризоплане.

В зоне молодых корней размножаются преимущественно неспоровые бактерии и микроскопические грибы, тогда как бациллы распространены слабо, так как эти бактерии плохо потребляют простые органические соединения, которые выделяются в таких зонах корня.

Микрофлора ризосферы изменяется в зависимости от вида и стадии развития растений. Показано, что среди культурабельных бактерий ризосферы сахарной свеклы около 9% составляли представители рода Мicrobacterium. В ризосфере кукурузы доминировали бактерии родов Рseudomonas и Еnterobacter. Среди микроорганизмов, которые способны растворять минеральные фосфаты, наиболее широко были представлены роды Penicillium и Streptomyces. В неризосферной почве доминировали бактерии рода Bacillus.

Однако, было показано, что бактериальное разнообразие, как правило, ниже в ризосфере, чем в общем объеме почвы. Методами молекулярной биологии при анализе увлажненных образцов грунта было установлено, что в слое почвы, который не содержит кислорода, доминирующими видами бактерий были представители родов Bacillus и Сlostridium, тогда как в слое почвы, насыщенной кислородом, доминировали представители протеобактерий.

Основным геохимическим циклом почвы является обращение углерода, составляющими которого являются синтез фототрофных организмов органического вещества из углекислого газа и ее трансформация в простых соединений. Под влиянием внесения растительных остатков в почве наблюдается вспышка количества различных групп микроорганизмов и повышения их биохимической активности. Наиболее распространенной углеродсодержаще соединение в природе является целлюлоза.

Ее содержание в сухой массе растений составляет от 40 до 70%. В естественных условиях трансформация целлюлозы осуществляется при участии групп микроорганизмов. Значительная роль в этом процессе принадлежит грибам, в том числе сапротрофным представителям родов Тrichderma, Сhaetomium, Dicoccum, Stachybotrys, Реnicillium и Аspergillus, а также незаконченным грибам Alternaria и Fumago.

В одной молекуле целлюлозы содержится до 14 тыс. молекул В-D-глюкозы. Кроме того, в ходе деструкции целлюлозных остатков в почве образуются разнообразные соединения: органические кислоты, альдегиды, аминокислоты, спирты и другие биологически активные вещества. Вещества, образующиеся при разложения растительных материалов, потребляемых другими представителями биоценоза почвы.

После внесения растительных материалов в почву содержание в нем целлюлозоразрушители микроорганизмов рос от нескольких десятков тысяч до десятков миллионов на 1г сырого вещества.

Доминирующими были микроскопические грибы и бактерии. Соотношение различных родов и видов целлюлозоразрушителей микроорганизмов (бактерий, актиномицетов, грибов) в почвах зависит от многих факторов: типа почвы, характера растительности, климатических условий и т.д.. В целинных и слабоокультуренных почвах микроскопическим грибам принадлежит доминирующая роль в трансформации целлюлозы. Кроме того, среди грибов-гифомицетов широко распространены в почвах хищные виды, которые также играют важную роль в обращении углерода, азота и других важных элементов, трансформируя значительную массу почвенных нематод. Они обладают уникальной способностью образовывать на мицелии различные ловчие органы для захвата нематод. Поэтому в последние годы исследуется возможность использования хищных грибов в борьбе с фитопаразитичными нематодами.

Микроорганизмы почвы способны выделять вещества, стимулирующие рост и развитие фитобионтов. Синтез ними в корневой зоне витаминов (тиамина, витамина В ₁₂ , пиридоксина, риоофлавину, пантотеновой кислоты и др.), а также фитогормонов (гиббереллины, гетероауксина и других) положительно влияет на развитие растений.

Кроме того, микроорганизмы могут быть источником накопления в почве токсичных веществ. Ведущая роль в этом принадлежит представителям родов Bacillus и Рseudomonas. Наиболее заметное фитотоксичное влияние вызывали B.amilosina, В. brevis i Рseudomonas fluorescens и некоторые другие. Главным фактором, определяющим возможность синтеза фитотоксичных веществ, является внесение в почву растительных остатков или некоторых углеводов.

Было показано, что почву можно искусственно обогатить микроорганизмами-антагонистами путем внесения перегноя.

При этом в почве повышается количество микроорганизмов-антагонистов, относящихся к бактериям, актиномицетов, микроскопических грибов рода Тrichoderma, в то же время численность фитопатогенных грибов рода Неlminthosporium заметно снижается. В случае сева пшеницы после Кукурузы в ее корневой зоне повышается количество микромицетов родов Penicillium и Aspergillus. Таким образом, состав микробного ценоза почвы, содержание в нем как полезной, так и фитопатогенной и фитотоксичного для культурных растений микрофлоры зависит от ряда факторов: вида выращиваемой культурного растения, характера обработки, физико-химических его свойств.

Одним из определяющих факторов плодородия почвы является содержание гумуса. Он формируется на основе органических веществ, поступающих в почву за счет фотосинтезирующей деятельности растений, водорослей, хемо-и автотрофных микроорганизмов. Согласно существующим данным в среднем 80-90% органического вещества почвы минерализуется и только 10-20% участвует в формировании гумуса. Гумус играет интегральную роль в плодородии почв. Его содержания в почвах зависит от многих факторов, среди которых важная роль принадлежит гранулометрическому составу, гидроморфизму и их карбонатность.

Важная роль в образовании гумуса и его минерализации принадлежит грунтовой микрофлоре.
Интенсивность микробной трансформации органических веществ в почвах повышается в направлении от северных до южных регионов. В почвах южных регионов повышается относительное содержание целлюлозоразрушителей бактерий по сравнению с грибами. Несмотря на снижение содержания микромицетов в почвах южных регионов, их видовое разнообразие растет.

В почвах северных регионов, где медленно происходят процессы минерализации, наиболее широко представлены грибы рода Рenicillium. На юге наблюдается повышение содержания представителей рода Aspergillus. Грибы двух родов составляют более 70% микромицетов ряда типов грунтов. Почвы северных регионов значительно беднее содержанием споровых бактерий и актиномицетов по сравнению с южными. Эти микроорганизмы размножаются на поздних стадиях разложения растительных остатков. В почвах, где происходят интенсивные процессы минерализации, широко распространены споровые бактерии, способные усваивать как органический, так и минеральный азот. Напротив, в грунтах, где процессы минерализации органических соединений протекают медленно, превалируют спорообразовальные бактерии, потребляющие органические формы азота. Исследуя молекулярно-биологическими методами структуру бактериальной сообщества ряд образцов почвы, было установлено, что подобные типы грунтов характеризуются подобной структурой доминантных видов бактерий.

Следует отметить, что, несмотря на значительное внимание исследователей к многообразию и функционирования биоценозов почвы, в литературе недостаточно освещены вопросы о закономерностях изменений их состава в зависимости от условий окружающей среды. Однако известно, что за действия на микробный ценоз стрессового фактора, который вызывает влияние на отдельные эколого-трофичные группы микроорганизмов, наблюдается наиболее заметное развитие определенных групп бактерий и обеднение видового разнообразия группировки. Так, в случае инкубирования почвы в метановоздушной атмосфере повышалась его метаноокислительная активность и количество метанотрофных бактерий, тогда как уровень микробной разнообразия заметно снижался.

Количественный состав микрофлоры почвы не всегда является показателем ее плодородия. При определенных условиях в результате интенсивного развития микроорганизмов минеральные формы основных биогенных элементов почвы могут потребляться микробными клетками и переходить в их состав. Подобный процесс происходит в почве после внесения значительного количества соломы. При этом: наблюдается интенсивное развитие целлюлозоразрушительных микроорганизмов и представителей других эколого-трофических груп, что сопровождается снижением содержания в почве минеральных форм азота и его накоплением в микробных клетках (иммобилизация). В этих условиях микроорганизмы могут быть конкурентами растений в процессе потребления азота. Однако, это явление носит временный характер .

Развитие управляющих функций мозга ребёнка: полезные советы и упражнения для педагогов

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Лекция

Тема: Микрофлора почвы

Количественный и видовой состав микроорганизмов в почве

Методы изучения состава и активности почвенных микроорганизмов

Возможности управления микробиологическими процессами в почве.

1. Количественный и видовой состав микроорганизмов в почве

Благодаря микроорганизмам почва приобретает свойства живой системы. В 1 г чернозема содержится до нескольких миллиардов микробных клеток общей биомассой 3-5 т/га. Микробы в почве распределены неравномерно: их больше в верхних слоях и вблизи растений. В черноземах микробов больше, в глинистых и песчаных почвах – меньше. Их численность зависит тоже от времени года, возраста в начале лета и осенью, содержания органического вещества, влажности, температуры и других факторов.

Установлена закономерная смена микробных ассоциаций в ходе распада органического вещества. Так, в первые фазы разложения растительных остатков на них развиваются грибы и неспорообразующие бактерии. Позднее увеличивается число бацилл и актиномицетов.

Температурно-воздушный режим оказывает большое влияние на формирование микробного ценоза почвы. Основная масса почвенных микроорганизмов принадлежит к мелофилам, имеющим температурный оптимум 25-36 0 С. В почвах южной зоны, как правило, обитают более теплолюбивые микроорганизмы, например грибы рода аспиргиллус, в то время как в почвах северных зон преобладают виды рода пенициллум, способные развиваться при более низких температурах.

Огромное влияние на жизнедеятельность микроорганизмов оказывает влажность почвы. Аммонификация и нитрификация лучше всего проходят при влажности 60% НВ. Оптимум фиксации азота несколько сдвинут в сторону более высокой влажности. Это, вероятно, объясняется тем, что молекулярный азот связывают многие анаэробные бактерии.

Аэробные микроорганизмы достаточно хорошо переносят повышенное содержание диоксида углерода. Тем не менее при содержании в почве 1-1,5% диоксида углерода подавляется их деятельность, поэтому в нижних горизонтах пахотного слоя меньше микроорганизмов, чем в верхних.

К аэробным микроорганизмам почвы относятся плесени, большинство актиномицетов и значительная часть бактерий. Отдельные группы аэробных микроорганизмов неодинаково относятся к обеднению воздуха кислородом. Так, мукоровые грибы более аэробны, чем пенициллум.

Анаэробные микроорганизмы, к которым в основном относятся бактерии, в больших количествах находятся в верхних слоях почвы. Это связано с более высоким содержанием здесь органических веществ, а анаэробные микрозоны, в которых происходит их размножение, имеются в комочках почвы.

Микроорганизмы одной и той же систематической группы неодинаково относятся к кислотности среды. Так, большинство бактерий почвы не развиваются при рН менее 4,5-5, но некоторые серобактерии могут сохраняться в жизнеспособном состоянии даже при рН 0,9. Минимальная кислотность среды для грибов составляет рН 2-3, но некоторые грибы не выносят подкисления. Чувствительных к низким значениям реакции среды и актиномицеты. Несмотря на высокую кислото-щелочеустойчивость, все группы микроорганизмов проявляют активную жизнедеятельность в нейтральной среде.

На характер почвенных микроценозов большое влияние оказывают взаимоотношения микроорганизмов. Между микроорганизмами могут наблюдаться метабиотические отношения, при которых продукты жизнедеятельности одних видов служат источником для существования других. Так, нитрификаторы развиваются только в том случае, если в почве достаточно аммиака, вырабатываемого гнилостными микроорганизмами.

При синтрофном взимоотношении микроорганизмов два вида и более растут на среде, недоступной каждому виду в отдельности. В основе этого может лежать обмен какими-либо субстратами роста или удаление одним микроорганизмом компонентов, токсичных для другого микроба.

У представителей микромира отмечен и прямой паразитизм. Описаны скользящие нитевидные бактерии, способные присоединяться к клеткам других видов бактерий, водорослей и нематод, вызывая их лизис. Большая группа грибов, паразитирующих на других грибах, получила название микофильных грибов.

Почва – среда обитания многих возбудителей болезней, которые попадают в нее вместе с трупами, зараженной подстилкой, выделениями животных. В почве встречаются в большом количестве патогенные клостридии.

Почва может быть передатчиком многих инфекций: сибирской язвы, столбняка, ботулизма. Некоторые микробы, особенно бациллы, в почве сохряняются длительное время.

2. Методы изучения состава и активности почвенных микроорганизмов

Для общего количественного анализа микроорганизмов используют прямое микроскопирование почвы по С.Н. Виноградскому. В соответствии с разработанной методикой готовят почвенную суспензию и под микроскопом в определенном объеме подсчитывают общее число микроорганизмов. В поле зрения можно видеть палочковидные бактерии, мелкие и крупные кокки, обрывки мицелия грибов и актиномицетов. Красителями могут служить акридиновый оранжевый, изотиоционат, диацетат флуоресцеина и др. Далее путем пересчета устанавливают, сколько микроорганизмов приходится на 1 г исследуемой почвы.

При прямом подсчете микроорганизмов почвы можно использовать электронный микроскоп, который дает возможность обнаружить множество мельчайших микроскопических организмов.

Микроскопирование дает представление об общей численности микроорганизмов в почве. Определить их принадлежность к разным систематическим и физиологическим группам можно путем посева почвенной суспензии на разные по составу твердые питательные среды. В зависимости от состава среды развиваются те или иные группы микроорганизмов.

При анализе почв нередко учитывают число отдельных физиологических групп микроорганизмов. Это делают методом титра, при котором твердые или жидкие питательные избирательные среды для определенных групп микроорганизмов заражают разными разведениями почвенной суспензии. После выдерживания в термостате отмечают ту степень разведения, в которой есть искомая группа микроорганизмов, и путем пересчета определяют численность данной группы в почве. Так узнают, насколько богата почва нитрификаторами, денитрификаторами, целлюлозоразрушающими и другими микроорганизмами.

Разработаны методы определения биохимической активности почвы, ее нитрификационной активности, интенсивности разложения органических соединений по выделению диоксида углерода.

При решении ряда агрономических задач используют метод аппликации. Например, он помогает выявить интенсивность микробиологических процессов в разных горизонтах пахотного слоя, установить действие различных удобрений, агротехнических мероприятий. Для этого в почву помещают полосы льняной ткани, закрепленной на стекле. Периодически материал извлекают из почвы, просматривают и фиксируют на нем зоны распада.

В зависимости от задачи исследований обычно используют различные комплексы методов оценки микробиологической активности почвы.

3. Возможности управления микробиологическими

процессами в почве.

Большое значение в повышении микробиологической активности имеют мелиоративные мероприятия: орошение почв в зонах недостаточного увлажнения, осушение избыточно увлажненных почв, нормализация реакции среды, удаление из почвы избыточных солей.

Иногда внесение в почву минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, неблагоприятно сказывается на ее плодородии. Обычно это наблюдается на малобуферных почвах при использовании физиологически кислых удобрений. При подкислении почвы в раствор переходят соединения алюминия, токсичные для микроорганизмов и растений.

Внесение извести, особенно вместе с навозом, благоприятно сказывается на сапротрофной микрофлоре. Изменяя реакцию почвы в благоприятную сторону, известь нейтрализует вредное действие физиологически кислых минеральных удобрений.

Скорость минерализации навоза в почве определяется рядом факторов среды и соотношением в навозе углерода и азота. Полуперепревший навоз с более узким соотношением углерода и азота проявляет удобрительное действие с момента его внесения.

Почва является местом обитания для большого количества микроорганизмов, таких как бактерии, нематоды, вирусы, грибы и простейшие. Микроорганизмы почвы повышают плодородие, поддерживают устойчивость экосистем.

В последние годы значительно возросло число оппортунистических грибных инфекций и виды родов Aspergillus, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Fusarium, Alternaria и др. становятся причиной различных инфекций у человека, что непосредственно связано с изменением фитопатогенного потенциала почвы. Mucor, например, вызывает поражение глаз людей с низким уровнем иммунитета.

Комплексный подход к здоровью почвы предполагает, что почва является живой системой, а её здоровье — результат различных процессов, оказывающих влияние на активность почвенной микробиоты и урожайность культур.

Грибы выполняют важные функции, связывая влагу, высвобождая доступные для растений формы элементов питания и подавляя возбудителей болезней. Наряду с бактериями, грибы играют важную роль в качестве биодеструкторов в пищевой цепочке. Они разлагают трудноусвояемую органику на более простые формы, которые могут использовать другие микроорганизмы в этой цепи питания. Грибы физически создают стабильные агрегаты, которые помогают увеличить водоудерживающую способность почвы, превращая субстрат в почву.

Почвенные грибы в целом делятся на три категории:

Биодеструкторы: сапрофиты, превращающие мертвый органический материал в переработанную биомассу, CO₂ и органические кислоты, спирты и фенолы. Как правило, они разлагают целлюлозу и лигнин древесины.

Патогены: паразиты, вызывают болезни растений, колонизируя корни. Вертицилл, ризоктония, фузариум и питиум ежегодно наносят серьезный вред сельскому хозяйству.

Микоризообразователи: колонизируют корни растений. В обмен на углеводы микоризные грибы поставляют растению легкодоступный фосфор и питательные вещества (азот, микроэлементы). Эктомикориза растет на поверхности корней и обычно ассоциируется с деревьями (могут образовывать единую микоризу для целого леса), а эндомикориза, растущая внутри корней, обычно формируется с травами, пропашными культурами, овощами и кустарниками. Практически у всех семейств обнаружена микориза, исключая крестоцветные.

Ключевой эффект микоризообразователей для обработки семян и рассады – улучшение укоренения, стимуляция эффективности использования питательных веществ, улучшение структуры почвы, повышение устойчивости растений к стрессам. Болезни культурных растений могут контролировать виды Glomus sp. или Trichoderma sp., подавляющие грибные патогены: виды T. asperellum, T. atroviride, T. harzianum, T. virens и Т. viride часто используются в биоконтроле, как и инокуляцию микробными консорциумами вместе с ризобактериями, способствующими росту растений, азотфиксации и доступности фосфатов.

Грибы — единственные организмы, которые могут расщеплять лигнин — соединение, которое придает древесине жёсткость. Сапрофитные грибы разлагают мёртвую древесину, возвращая органическое вещество в почву.

На следующем этапе деструкции органики за дело берутся бактерии, разрушая растительный материал до более простых соединений.

Среднее количество микроорганизмов на 1 г плодородной почвы, экз.:

бактерии: 1х10 8 …10 9 ;
актиномицеты: 1х10 7 …10 8 ;
грибы: 1х10 5 …10 6 ;
водоросли: 1х10 4 …10 5 ;
простейшие: 1х10 3 …10 4 .

Отсутствие в почве дождевых червей также косвенно указывает на низкий уровень плодородия почвы, так как в этом случае в почве отсутствуют простейшие, которые являются основным источником их пищи.

Так, цикл питания поддерживается углеводами, которые растения выделяют корнями, обеспечивая источник энергии для почвенных микроорганизмов, а последние потребляют органику, минералы и друг друга. Минералы, питательные вещества и вода, которые хранятся в их телах, после их гибели снова высвобождаются и, по мере их минерализации, становятся доступными растениям. Так проходит круговорот всего в природе.

Сохранение всего 1% органического вещества может привести к эффективному удерживанию почвой до 200 тонн доступной влаги на гектар.

Важно понимать, что внесение органического вещества в почву не будет иметь эффекта без устойчиво функционирующего микробного сообщества.

Негативно сказываются на продуктивности почвы:

удаление растительных остатков с поля;
частое механическое перемешивание плодородного слоя;
внесение удобрений без агрохимического обследования (изменение кислотности почвы изменяет состав и соотношение микроорганизмов, а высокий уровень фосфора не позволяет сформировать микоризу);
чистые пары (в отсутствие растений с корневыми выделениями обедняется микробиологический состав почвы, остаются только патогены и условные патогены).

Микроорганизмы и элементы питания

Следующие 17 элементов питания жизненно важны для правильного роста и развития растений — макроэлементы, которые далее делятся на:

структурные: C, H, O;
первичные: N, P, K;
вторичные: S, Ca, Mg

и микроэлементы: Fe, B, Cu, Cl, Mn, Mo, Zn, Ni. Помимо структурных питательных веществ (растения, которые получают из воздуха и воды), остальные поглощаются растением только в конкретных доступных формах:

Азот (N) в виде NH₄ + (аммоний) и NO₃ − (нитрат);
Фосфор (P) в виде H₂PO₄ − и HPO₄ 2- (ортофосфат);
Калий (K) в виде K + , серу (S) в виде SO₄ 2- (сульфат);
Кальций (Ca) в виде Ca 2+ , магний (Mg) в виде Mg 2+ ;
Железо (Fe) в виде Fe 2+ и Fe 3+ , цинк (Zn) в виде Zn 2+ ;
Марганец (Mn) в виде Mn 2+ , молибден (Mo) в виде MoO₄ 2- (молибдат);
Медь (Cu) в виде Cu 2+ , хлор (Cl) в виде Cl − и бор (B) в виде H₃BO₃ (борная кислота).

Многие микроорганизмы являются частью различных биогеохимических циклов и переводят органические и неорганические вещества в доступные формы для растений, подавляют почвенные патогены с помощью антибиотиков и помогают в защите растений от болезней.

Фиксация атмосферного азота

Азот (N), важный элемент для синтеза аминокислот и нуклеотидов, необходим всем формам жизни в больших количествах.

Атмосфера является крупнейшим хранилищем азота (78% от воздуха), хотя N₂ и не является свободно доступным для большинства живых организмов, он доступен только для азотфиксирующих бактерий и архей, которые первыми вводят его в круговорот элементов питания. Этот фиксированный N составляет менее 0,1% от всего N₂ на планете и способен ограничить первичное накопление органики как в наземных, так и в морских экосистемах. Внутри организмов N существует в большинстве восстановленных форм, и во время лизиса клеток он нитрифицируется до нитрата, который, в свою очередь, денитрифицируется до газа N₂.

На первом этапе азотфиксации помогает группа бактерий, называемых диазотрофами (цианобактерии, зеленые сернистые бактерии, азотобактеры, ризобии и франкии) в различных экосистемах; первые три группы фиксируют азот как свободноживущие микроорганизмы, а последние две — путём симбиоза с высшими растениями.

Такие культуры, как пшеница, рис, сахарный тростник и некоторые древесные также обладают способностью поглощать атмосферный азот, используя свободноживущие или ассоциативные диазотрофы. Однако вклад симбиоза бобовых и ризобий (13…360 кг/га накопленного азота) намного больше, чем несимбиотических систем (10…160 кг/га).

Помимо своей роли в эффективном питании, ризобии способствуют росту, интенсивному поглощению элементов питания, выработке фитогормонов и снижению последствий от биотического и абиотического стресса.

Помимо ризобий, ассоциативные и свободноживущие азотфиксирующие бактерии также коммерциализированы в качестве биоудобрений.

Важным родом является Azotobacter, свободноживущий азотфиксатор, который включает виды: A. chroococcum, A. vinelandii, A. beijerinckii, A. paspali, A. armeniacus, A. nigricans. Помимо способности к фиксации азота, он производит фитогормоны, ферменты, повышает мембранную активность, пролиферацию корневой системы, усиливает поглощение влаги и минералов, мобилизует минеральное питание, смягчяет последствия факторов стресса окружающей среды, а также оказывает прямой и косвенный биоконтроль против многочисленных фитопатогенов.

Нитрификация азота дополнительно осуществляется двумя группами микроорганизмов: окислителями аммиака, которые превращают аммиак в нитриты (нитрозомонады, нитрозоспиры и нитрозококки) и окислители нитритов (истинные нитрирующие бактерии), которые превращают нитриты в нитраты (нитробактерии и нитрококки) ферментативным путём.

Доступность фосфора

Фосфор (Р) является ключевым компонентом нуклеиновых кислот, молекулы энергии АТФ и фосфолипидов мембран. P составляет около 0,2…0,8% от сухого веса растения, но только 0,1% этого Р доступно для растений из почвы.

Почвенные микроорганизмы помогают в высвобождении растениям доступных форм фосфора (растения поглощают только растворимый Р, как одноосновной (H₂PO₄ − ) и двухосновной (H₂PO₄ 2− ) формы. Многие виды бактерий (Pseudomonas и Bacillus), и некоторые виды грибов (Aspergillus, Penicillium и Trichoderma) и актиномицетов (Streptomyces и Nocardia) также способны переводить фосфор в доступные для высших растений формы.

Минерализация органического Р происходит с помощью нескольких ферментов микробного происхождения, такими как кислые фосфатазы, фосфогидролазы, фитазы, фосфоноацетатгидролазы, D-α-глицерофосфатазы и др. Другие минеральные элементы также превращаются в свою доступную форму любым из вышеперечисленных механизмов.

Доступность серы

Более 95% от общего количества почвенной серы связано с органическими молекулами, т.е. находится в недоступной непосредственно растениям форме, а неорганическая сера составляет около 5%. Это минимальная часть доступной S в почвах приводит к симптомам дефицита серы у растений, который очень похож на недостаток азота.

Сера, как и P, K, Ca, Mg, является недоступной на щелочных почвах.

Окисление элементарной серы и неорганических соединений серы до сульфатов осуществляется хемоавтотрофными (Thiobacillus sp., T. ferrooxidans и Т. tiooxidans) и фотосинтетическими (зеленые и фиолетовые бактерии, хлоробии, хроматии) бактериями. Также известно, что бациллы, псевдомонады и артробактерии, а также грибы, такие как аспергиллы и пенициллы, некоторые актиномицеты окисляют соединения серы.

Взаимосвязь некоторых элементов питания, фитосанитарного состояния посева и урожайности

Даже при достаточном количестве азота (а большинство так и ориентируется только на азот, как на главный фактор формирования урожая), его превышающий дисбаланс по фосфору не решает ничего, и даже наоборот усиливает поражение листовыми пятнистостями, мучнистой росой, корневыми гнилями, увеличивает риск полегания.

В растении фосфор в принципе накапливается достаточно медленно, и поэтому его доступность до кущения должна быть обеспечена на 100% (фосфор, напомню, не мигрирует по профилю вообще), но с накоплением азота и фосфора до оптимальных значений (разные показатели для каждой географии, сорта и погодных условий) лимитирующими факторами становятся другие (в основном микроэлементы).

На стадии кущения (в момент формирования колоса и количества продуктивных стеблей) необходимость как в макроэлементах (S, Mg, K), так и в микроэлементах (Zn, Mn, Cu, Fe) в растениях пшеницы выше, чем в колошение-молочную спелость. Это ещё раз доказывает эффективность внесения микроэлементов именно в ранние фазы развития пшеницы (кущение — выход в трубку), а не в поздние (по колосу), как часто принято на практике.

А потом симптомы его недостатка называют вирусами, бактериозами, пятнистостями, или ещё чем-то…

Поэтому если вносите высокие дозы азота и фосфора, не забывайте про магний, серу и марганец для фолиарного внесения как наиболее дефицитные (или недоступные в почве по различным причинам) даже в неплохих чернозёмах.

Любая почва состоит из трех частей — минеральной, органической и микробиологической. Только при их оптимальном сочетании можно говорить о почвенном плодородии. Если не брать в расчет любой из этих факторов, то происходит удивительная вещь — какие бы правильные агротехнические приемы ни применяли любитель у себя на участке или агроном в крупном хозяйстве, отзывчивость культурных растений на все эти действия будет печально низка.

Какие бактерии помогают повысить плодородие почвы?

И одним из этих факторов является почвенная биота — все то огромное количество бактерий, грибов, водорослей, играющих роли лаборантов, реактивов и катализаторов в потрясающей природной лаборатории. Их численность в хорошо окультуренной почве может достигать нескольких миллиардов в 1 г субстрата, а общая масса — до 10 т/га.

Практическим результатом исследований и научных работ в области почвенной микробиологии становится направленное функционирование микроорганизмов для повышения почвенного плодородия. Под микроорганизмами мы часто подразумеваем бактерии, хотя грибы и низшие растения также несут на себе очень важную роль в обеспечении биологической активности почвы. Какие же полезные бактерии чаще всего становятся объектами пристального внимания ученых, разработчиков и технологов? Познакомимся с ними поближе.

Познакомимся с полезными почвенными бактериями поближе

Защищает растения от многих болезней

Эта полезная бактерия — настоящая труженица, она способна синтезировать более 70 антибиотиков. Действие многих из них направлено против возбудителей опасных болезней растений. Поэтому B. subtilis охотно используют в качестве основного компонента микробиологических препаратов для обработки садовых растений.

Сенная палочка входит в состав многих микробиологических препаратов, применяемых против болезней растений

Здесь надо отметить, что разные штаммы этой бактерии работают с различной эффективностью при, казалось бы, одинаковых условиях. И наоборот, один и тот же штамм при отличающихся друг от друга условиях может с большим или меньшим успехом бороться с растительной инфекцией. Вот почему разработчики препаратов указывают определенный регламент их применения. Он может сильно различаться у препаратов отдельных производителей, хотя в основе каждого из них лежит все та же Bacillus subtilis.

В последнее время в самых современных препаратах используют отдельные элементы B. subtilis в качестве так называемых элиситоров — веществ, способных вызвать иммунный отклик у растений. После обработки такими препаратами растение готово к встрече с настоящим патогеном, то есть приобретает определенную устойчивость.

Несмотря на свою популярность среди ученых и растениеводов, B. subtilis еще не открыла людям всех своих возможностей. Поэтому исследования ее самой и биологически активных веществ, которые она образует за время своей жизни, продолжаются до сих пор.

Подавляют фитопатогены и стимулируют рост

Среди бактерий рода Pseudomonas есть вредные микроорганизмы, которые вызывают серьезные заболевания растений. Однако есть у этого рода и полезные для нас представители — это сапротрофные бактерии, заселяющие в почве прикорневую зону и являющиеся естественными регуляторами фитопатогенных микроорганизмов. К ним относятся Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Pseudomonas aureofaciens.

Pseudomonas fluorescens вырабатывают антибиотики и бактериоцины. Бактериоцинами называются специфические белки, подавляющие жизнедеятельность клеток других штаммов того же вида или родственных видов бактерий. Поэтому P. fluorescens используют для борьбы с патогенными бактериями рода Pseudomonas, а также другими возбудителями заболеваний.

P. fluorescens также вырабатывают стимуляторы роста. Именно благодаря наличию в корневой зоне растений этих бактерий в нейтральных или слабощелочных почвах идут процессы подавления или вытеснения вредных микроорганизмов, способных вызывать болезни растений. Ученые называют такие почвы обладающими супрессивностью.

Избавляет растения от стресса, обогащает азотом и способствует самоочищению почв

Azotobacter chroococcum впервые была описана в 1901 году. Эта бактерия — свободноживущий азотфиксатор. Нет азота — нет белка, нет хлорофилла; собственно, нет растений. Кроме того, A. chroococcum синтезирует различные фитогормоны, в том числе ауксины, соответственно — является природным производителем стимуляторов роста растений.

Выделяет A. chroococcum и экзополисахариды. Эти интереснейшие вещества выполняют много функций. Одна из них — способность мобилизации тяжелых металлов в почве. Наличие этой бактерии в почвенном слое способствует самоочищению земли, загрязненной тяжелыми металлами — кадмием, ртутью, свинцом. Надо отметить, что способность к самоочищению является одним из двух показателей здоровой почвы (второй такой показатель — уже упомянутая нами супрессивность).

Мобилизует фосфор и делает его доступным

Обмен веществ в растениях в значительной степени зависит от фосфора. При его недостатке азот не включается в состав белков и нуклеиновых кислот (носителей генетической информации) растений, а накапливается в виде нитритов и нитратов. У природы есть свои способы предотвращать подобные негативные последствия, а именно наличие в почве бактерий-фосформобилизаторов. Яркой представительницей этой группы считается Bacillus megaterium. Она высвобождает фосфор из органики и преобразует его в растворимые соли фосфорной кислоты. Очевидно, что Bacillus megaterium играет важную роль в синергетическом взаимодействии органических и микробиологических удобрений.

Если фосфор будет усваиваться растениями в необходимом количестве, то в плодах не будут копиться нитриты и нитраты

Bacillus megaterium вырабатывает ряд биологически активных веществ, среди которых особое место занимают витамины В1, В3, В5, В6, В7, В12. Поэтому B. megaterium зачастую включают в микробиологические удобрения, которыми обрабатывают семена, они благоприятно действуют на первых этапах развития растений.

Стимулирует развитие полезной микробной флоры

Еще одна бактерия известна своей полезной деятельностью человечеству с незапамятных времен. Не зная вообще о существовании таких микроскопических существ, как бактерии, люди вовсю пользовались результатами труда Lactococcus lactis. Это наиболее типичный представитель молочнокислых бактерий. С его помощью осуществляется приготовление теста, какао, некоторых молочных продуктов, заготовка овощных консервов и даже силоса для домашних животных.

А в природе L. lactis стимулирует развитие естественной микробной флоры. Включаемая в состав микробиологических препаратов, бактерия играет важную роль — помогает добрососедским отношениям остальных микроорганизмов, входящих в их состав.

Lactococcus lactis стимулирует развитие естественной микробной флоры в почве

Выводы о пользе бактерий

К сожалению, невозможно в формате одной статьи упомянуть все микроорганизмы, которые выполняют важнейшие функции, необходимые для нормального существования почвы и растений. Давайте резюмируем, для чего вообще нужны почве и растениям полезные бактерии.

Читайте также: