Почвенная биота

Значение почвенной биоты

Почвенная биота участвует в:

• формировании плодородия почвы;
• минерализации и гумификации органического вещества;
• переходе связанных форм питательных элементов в подвижные;
• азотфиксации;
• перемещении органических и минеральных веществ по профилю почвы;
• образовании оптимальной структуры почвы;
• процессах образования и трансформации фитоактивных веществ;
• поддержании оптимального питательного режима почв.

В обрабатываемой почве почвенная биота за счёт частичного связывания минеральных элементов и удобрений, позволяет удерживать питательные веществе в пахотном слое, благоприятствуя созданию оптимального питательного режима и оструктуриванию почвы.

Почвенная микрофлора

Первые живые микроорганизмы, возникшие на Земле в древности, положили начало почвообразовательному процессу. Первые микробы получали энергию от разложения химических соединений и выделяли в процессе своей жизнедеятельности сильные кислоты, которые разрушали и измельчали материнскую породу, создавая новый вид структуры. С течением времени выветренная порода обогащалась органическим веществом.

В пахотном слое почвы масса бактерий составляет от 3 до 7-8 т/га.

Ризосферные микроорганизмы перерабатывают выделяемые растениями в процессе жизнедеятельности токсичные вещества. Полезные микроорганизмы переводят труднорастворимые соединения в доступные для питания растений. Большую роль в питании растений играют азотфиксаторы, как обитающие на корнях бобовых, так и свободноживущие.

По способу питания микроорганизмы подразделяются на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные бактерии используют для поглощения углерода фотосинтез или химическую энергию окисления минеральных веществ — хемосинтез. Способность к фотосинтезу имеют зелёные и пурпурные серобактерии, нитрифицирующие бактерии, железобактерии. Гетеротрофные бактерии поглощают углерод уже готовых органических соединений. Большинство почвенных бактерий, актиномицетов, почти все грибы и простейшие являются гетеротрофами.

Процесс окисления сероводорода, элементарной серы и серосодержащих соединений до серной кислоты называется сульфофикацией. Его осуществляют серобактерии и тионовые бактерии. Серная кислота способствует переходу труднорастворимых минеральных солей в растворимые, либо после нейтрализации в виде сульфатов используется в серном питании растений.

Железобактерии участвуют в превращении солей железа и марганца.

Органический азот, как правило, не доступен растениям. В почве происходит минерализация органического азота (аммонификация). В этом процессе участвуют гетеротрофные бактерии, актиномицеты и грибы.

Аммиак, высвобождающийся в результате биохимических реакций аммонификации частично адсорбируется на глинисто-гумусовых частицах или нейтрализуется кислотностью почвы, частично — используется почвенной биотой. Часть аммиака может окисляться автотрофами до нитритов, нитратов и молекулярного азота.

Автотрофы используют минеральные азотистые соединения, такие как соли аммония и нитраты. Существуют специфические микроорганизмы, способные использовать питательные вещества из гумуса.

Оптимальной влажностью почвы для развития микроорганизмов является влажность 50-60% максимальной влагоёмкости. Анаэробные микроорганизмы развиваются при влажности от 80 до 100%.

В почве сосуществуют одновременно аэробные и анаэробные микроорганизмы. Такое сосуществование возможно, когда на поверхности почвенной частицы существуют аэробные бактерии, интенсивно поглощающие кислород. При этом в центре частицы складывается дефицит кислорода и условия становятся анаэробными.

Различные виды микроорганизмов способны разрушать клетчатку и пектиновые вещества, благодаря чему происходит разложение растительных остатков. Под влиянием уробактерий мочевина трансформируется в карбонат аммония. Уробактерии — аэробные микроорганизмы, развивающиеся при pH 7-8, мочевина служит для них источником азота, а органические кислоты и углеводы — углерода. Разнообразные почвенные микроорганизмы расщепляют также гемицеллюлозу, крахмал, лигнин.

В непосредственной близости от корней высших растений образуется зона, благоприятная для развития почвенных микроорганизмов — ризосфера. Корневые выделения, содержащие различные органические вещества, и отмершие ткани растений становятся питательной средой для ризосферных микроорганизмов.

Количество бактерий рода Clostridium в 1 г почвы пара составляет 69,7 тыс., тогда как в ризосфере — 10,7 млн (В. Т. Емцев). По расчётам, масса бактерий в ризосфере люцерны составляет 5 т/га, тогда как вне ризосферы 2,25 т/га. Микрофлора ризосферы бобовых культур богаче, чем у злаковых.

Преобладающая группа микрофлоры, обитающей в ризосфере — неспоровые бактерии: азотобактер, клубеньковые, фотосинтезирующие бактерии, маслянокислые, микобактерии, водоросли. В ризосфере отмечается и более интенсивное развитие водорослей. В ризосфере также развиваются аммонификаторы, денитрификаторы, нитрификаторы.

При определенных условиях ризосферная микрофлора может выполнять положительную и отрицательную роль. Микроорганизмы, как и растения используют для питания минеральные вещества. Однако размер этой конкуренции обычно не значительный. Ризосферные микроорганизмы выступают в роли биологических «закрепителей» питательных веществ от вымывания и выноса из корнеобитаемого слоя почвы.

Таблица. Содержание доступных растениям минеральных соединений фосфора и калия в зоне корня и в почве, мг на 100 г сухой почвы.

Ситуация существенно меняется при внесении веществ с широким соотношением С:N, например, соломистого навоза или соломы. В таких случаях численность микроорганизмов резко возрастает и потребление азота, фосфора и других макро- и микроэлементов становится значительным. В результате может создаваться дефицит элементов питания для растений. Именно этим объясняется наблюдающееся снижение урожая культур в первый год после внесения соломы.

Биологическое закрепление питательных веществ микроорганизмами непродолжительно. После отмирания клетки микроорганизмов минерализуются и питательные вещества освобождаются для последующего использования растениями, в большей части на следующий год.

Микроорганизмы выделяют ферменты, стимуляторы роста и витамины, поглощающиеся корнями растений и способствуют их росту. Кроме этого, ими выделяется антибиотики, подавляющие развития фитопатогенной флоры.

Каждый тип почв, возникший в процессе эволюции, характеризуется определенной микрофлорой.

Таблица. Количество микроорганизмов в различных типах почв

Биологическая активность почвы

Биологическая активность почвы — показатель характеризующий численность организмов, обитающих в почве, и количественно оценивающий результаты их жизнедеятельности.

В благоприятных условиях, почвенная биота находится в постоянном и тесном взаимодействии между собой, устанавливая определенное равновесие. Требования к условиям жизни отдельных представителей могут быть как простыми, так сложными, находится в симбиотической или антибиотической связи с другими представителями. Последнее часто достигается за счёт выделения фитоактивных веществ и используется в земледелии для регулирования почвенной биоты подавлением фитопатогенной микрофлоры с целью создания благоприятного фитосанитарного состояния почвы.

Количественная оценка почвенной биоты, как правило, выполняется подсчётом общего количества организмов. Из-за несовершенства методик и недостаточного количества определений по времени результаты дают лишь примерную характеристику биологической активности почвы. При необходимости, проводят количественную оценку отдельных видов и групп организмов. Другим методом количественного определения биологической активности почвы служит результат жизнедеятельности почвенных организмов, который определяют через количество поглощённого кислорода и выделяемого углекислого газа, количественного разложения целлюлозы, почвенных ферментов, аммонийного и нитратного азота и других соединений. В данном случае, оценка характеризует активность отдельных видов и групп бактерий, и лишь косвенно позволяет судить об активности почвенной биоты в целом.

Ввиду многообразия представителей почвенных организмов и их свойств, суммарная оценка биологической активности почвы затруднительна. Имеются попытки применения, так называемых биологических баллов, являющихся усреднением отдельных показателей состояния биологических процессов почвы.

Высокая биологическая активность является фактором повышения плодородия почв и её фитосанитарного состояния, что достигается путём создания оптимальных условий жизнедеятельности почвенной биоты.

Литература

• Баздырев Г. И., Лошаков В. Г., Пупонин А. И. и др. Земледелие. Учебник для вузов. М.: Издательство «Колос». 2000
• Ягодин Б. А., Жуков Ю. П., Кобзаренко В. И. Агрохимия. / Под ред. Б. А. Ягодина М.: Колос. 2002
• Минеев В. Г., Сычёв В. Г., Гамзиков Г. П. и др. Агрохимия. Учебник. / Под ред. Минеева В. Г. М.: Изд-во ВНИИА им. Д. Н. Прянишникова. 2017