Биологическая роль живых организмов создании почвы

Mse-Online.Ru

Роль живых организмов в почвообразовании

Растительность (высшая и низшая) создает в природе биологический круговорот зольных веществ и обогащает почву органическими остатками. Она является основ­ным фактором почвообразования.

Сущность процесса почвообра­зования проявляется в природе через растительные формации. Растительные формации представляют собой комбинации выс­ших и низших растений, взаимодействующих в определенных условиях среды.

На территории России выделяют следующие группировки рас­тительных формаций (Н. Н. Розову): 1) деревянистые (таеж­ные леса, широколиственные леса, леса влажных субтропиков); переходные деревянисто-травянистые (ксерофитные леса); травянистые (суходольные и заболоченные луга, степи умерен­ного пояса, субтропические кустарниковые степи); 4) пустынные; 5) лишайниково-моховые (тундра, верховые болота).

Каждая группа растительных формаций характеризуется свои­ми особенностями: составом органических веществ, особенностя­ми их поступления в почву и разложением, а также взаимодейст­вием продуктов распада с минеральной частью почвы.

Различия растительных формаций — основная причина много­образия почв в природе. В одних и тех же условиях таежно-лесной зоны под хвойными сомкнутыми лесами развиваются подзо­листые, а на лугах формируются дерновые почвы.

В зависимости от биологических особенностей по количеству и качеству создаваемой биомассы, воздействию на процесс почво­образования зеленые растения подразделяются на деревянистые и травянистые.

Деревянистые растения (деревья, кустарники, полукустарни­ки) — многолетние, живущие десятки и сотни лет. Ежегодно у них отмирает только часть наземной массы (хвоя, листья, ветви, пло­ды), и она откладывается на поверхности почвы в виде опада или лесной подстилки. Деревянистые растения характеризуются соз­данием огромной биомассы, главным образом наземной, но их ежегодный опад меньше прироста, и поэтому с опадом в почву возвращается сравнительно небольшое количество зольных эле­ментов и азота. В опаде деревьев, особенно хвойных, содержится много клетчатки, лигнина, дубильных веществ, смол. Продукты разложения лесной подстилки взаимодействуют с почвой в рас­творе при промывании толщи почвы осадками.

Продолжительность жизни травянистых растений колеблется от нескольких недель (эфемеры) до 1—2 лет (злаки) и 3—5 лет (бобовые). Однако корни и корневища живут до 7—15 лет и больше.

В процессах почвообразования эффект от травянистых расте­ний больше, чем от деревянистых, хотя количество биомассы, создаваемое травянистыми ассоциациями, меньше. Это объясня­ется непродолжительностью жизни травянистых растений и быст­рой оборачиваемостью всех компонентов, вовлекаемых ими в биологический круговорот в системе растения — почва. Почва ежегодно обогащается органическими остатками трав в виде наземной массы (при условии, если она не отчуждается) и корней. Корневые остатки, в отличие от наземной массы, раз­лагаются непосредственно на месте, в почве, и продукты их раз­ложения взаимодействуют с ее минеральной частью.

Остатки травянистых растений по сравнению с лесным опадом содержат меньше клетчатки, больше белков, зольных элемен­тов и азота. Для травянистых остатков характерна нейтральная или слабощелочная реакция.

Мхи — растительные организмы, лишенные корневой системы и усваивающие элементы питания всей поверхностью органов. Они широко встречаются под пологом леса и на болотах. Мхи при­крепляются к любому субстрату ризоидами. Они могут поглощать и удерживать большое количество влаги, поэтому процесс разло­жения растительных остатков протекает медленно, с постепенным накоплением торфа и заболачиванием. В образовании, верховых болот особо следует отметить роль сфагновых (белых) мхов.

Микроорганизмы. Из микроорганизмов в почве широко пред­ставлены бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли и простей­шие. Наибольшее количество микроорганизмов встречается в верхних ее слоях, где сосредоточивается основная масса органи­ческого вещества и корней живых растений.

Микроорганизмы способствуют разложению органических остатков в почве.

По отношению к воздуху различают микроорганизмы аэроб­ные и анаэробные. Аэробные — это организмы, которые в процес­се жизнедеятельности потребляют кислород; анаэробы — живут и развиваются в бескислородной среде. Необходимую для жизне­деятельности энергию они получают в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций. На реакции разложе­ния и синтеза, идущие в почве, влияют различные ферменты, вы­рабатываемые микроорганизмами. В зависимости от типа почв, степени их окультуренности общее количество микроорганизмов в 1 г дерново-подзолистых почв может достигать 0,6—2,0 млрд., черноземов — 2—3 млрд.

Бактерии — наиболее распространенный вид почвенных микро­организмов. По способу питания они делятся на автотрофные, усваивающие углерод из углекислого газа, и гетеротрофные, использующие углерод органических соединений.

Бактерии-аэробы окисляют различные органические вещества в почве, в том числе осуществляют процесс аммонификации — разложения азотистых органических веществ до аммиака, окис­ление клетчатки, лигнина и пр.

Разложение органических остатков гетеротрофными анаэроб­ными бактериями называется процессом брожения (брожение углеводов, пектиновых веществ и др.). Наряду с брожением в анаэробных условиях происходит денитрификация — восстановле­ние нитратов до молекулярного азота, что может привести к зна­чительным потерям азота в почвах с плохой аэрацией.

Грибы и актиномицеты (лучистые грибы). Количество грибов в 1 г почвы может достигать 200—500 тыс. Грибы относятся к сапрофитам — организмам, использующим углерод органических остатков. Грибы — аэробные организмы, они хорошо развиваются при кислой реакции среды, разлагают углеводы, лигнин, клетчат­ку, жиры, белки и другие соединения.

Животные. Почва представляет собой благоприятную среду для обитания многих видов животных, в том числе червей, насе­комых, позвоночных животных. Большинство животных, исполь­зуя органические остатки для питания, измельчают их, перемещают и перемешивают с минеральной частью почвы.

Источник

§ 77. Биогеохимические процессы в биосфере

Роль живых организмов в создании осадочных пород. Первым этапом образования осадочных пород является выветривание горных пород, которое всегда сопровождается процессами их растворения. Просачиваясь по трещинам скал, вода растворяет породы и уносит с собой растворенные элементы. Растворяющая способность природной воды зависит от ее газового и солевого составов. Содержание газов и солей в природных водах является результатом взаимодействия с живым веществом и почвами. Таким образом происходит растворение горных пород, которое косвенно определяется деятельностью живых организмов.

Живые организмы оказывают на породу и прямое разрушающее действие. Например, корни растений, проникая в трещины, раздвигают куски породы, что способствует проникновению воды и усилению процессов растворения горных пород. Лишайники, поселяющиеся на скалах, выделяют органические кислоты и разрушают минералы химически. Горные породы начинают крошиться и механически разрушаться. Таким образом образуется осадочная горная порода.

По своему происхождению все осадочные породы делятся на обломочные, химические и органические. Последние созданы живыми организмами. Из накоплений известковых скелетов организмов в водоемах образуются известняки. Ежегодно 10 8 т кальция отлагается в виде известняка на дне водоемов планеты. Эту громадную работу производят организмы, обитающие на всех глубинах и по всей площади морей и океанов. При жизни они накапливают кальций в скелетах, панцирях, раковинах, которые после гибели организмов опускаются на дно. Основные концентраторы (накопители) кремния — одноклеточные диатомовые водоросли и простейшие — радиолярии. Отложения панцирей этих организмов создают диатомовые и радиоляриевые илы, покрывающие сотни тысяч квадратных километров морского дна.

Таким образом, на геологические процессы формирования литосферы непосредственно влияет живое вещество биосферы.

Роль живых организмов в создании почвы. Почва — это особое природное тело, образующее верхнюю рыхлую оболочку земной коры и обладающее свойством плодородия. Почва образуется из продуктов разрушения поверхностных слоев горных пород под воздействием растений, микроорганизмов и животных. Растения, поглощая из атмосферы углекислый газ, а из почвы азот, калий и другие биологически важные элементы, строят сложные органические соединения. Растения частично поедаются животными, а в основной массе отмирают. В виде мертвых корней, надземных растительных остатков, трупов и экскрементов животных органические соединения поступают в почву. Вся масса отмерших остатков организмов, накопившаяся в результате жизнедеятельности растений и животных, служит источником существования микроорганизмов, населяющих почву.

Под действием микроорганизмов, осуществляющих окислительную функцию, органические вещества минерализуются, превращаясь в углекислый газ, воду, аммиак, органические кислоты и другие вещества. Органические соединения, образующиеся на первых стадиях минерализации, являются энергетическим материалом для других групп микроорганизмов. Так идет многоступенчатая реакция минерализации. Сами микроорганизмы с течением времени отмирают, их тела также либо полностью минерализуются, либо распадаются на соединения, содержащие азот. Из этих соединений и других промежуточных продуктов образуется особое органическое вещество почвы — гумус (перегной). Чем богаче почва гумусом, тем она плодороднее. Но и гумус со временем разрушается под действием микроорганизмов. Таким образом, живые организмы входят в состав почвы и управляют процессами, происходящими в ней.

1. В чем заключается биологическая роль живых организмов в создании почвы?
2. Как проявляется концентрационная функция живого вещества в образовании осадочных пород?
3. Какое влияние на создание современной атмосферы оказали живые организмы?

Источник

Невидимый «мегаполис»: как живые организмы повышают плодородие почвы

Почва — это среда обитания множества организмов, которые в совокупности образуют единую и цельную экосистему. Невидимые человеческим глазом обитатели почвы напрямую влияют на ее биологические, физические и химические свойства. Живые организмы получают в земле питание и убежище, при этом насыщая ее питательными компонентами и повышая плодородие.

Существа, обитающие в почве, называются педобионтами. Самыми многочисленными являются бактерии, грибки, водоросли и одноклеточные организмы, живущие в почвенных водах. Их совокупность — микрофлора — может весить более 20 тонн на гектар площади, а количество организмов в одном кубическом метре почвы достигает 10¹⁴. Микроорганизмы, перерабатывая отмершие растения, обогащают почву органическими веществами; многие из них способны фиксировать азот и делать его доступным для сельскохозяйственных культур.

Также из всего разнообразия живых организмов в почве выделяют нанофауну (простейшие, коловратки, нематоды), микрофауну (клещи и некоторые насекомые), мезофауну (личинки насекомых, многоножки, дождевые черви) и макрофауну (млекопитающие, например кроты).

Тонны организмов присутствуют в почве, но даже в благоприятные для развития периоды многие из них имеют очень низкую активность или даже неактивны. Активность организмов зависит от биотических и абиотических факторов, климатических условий, рН, а также присутствия определенных растений.

Живые организмы в почве способствуют накоплению и разложению органических остатков на простые легкоусвояемые растениями вещества, влияют на минерализацию азота и серы в почве, улучшают структуру земли и ее способность удерживать воду.

Минерализация азота

Микроорганизмы играют решающую роль в процессе преобразования органического азота в доступные для растений соединения — нитраты и аммиак. Несмотря на сложившееся у потребителей мнение о том, что «нитраты — это зло», эти соединения очень важны для роста растений, особенно во время наращивания вегетационной массы перед цветением и образования фруктов или семян.

Азот в почве присутствует преимущественно в виде органических соединений (растительных остатков и гумуса). Он также входит в состав самих микроорганизмов, которые в процессе жизнедеятельности разлагают органику. Бактерии, грибки и актиномицеты усваивают необходимые для жизни и развития минералы, а другие образовавшиеся в процессе вещества становятся доступными для поглощения растениями.

Тут стоит отметить, что в аэробных условиях минерализация азотсодержащих органических веществ протекает с образованием аминокислот, которые, в свою очередь, минерализуются до NH3, Н20 и С02. Если же из-за нехватки кислорода в почве процесс происходит в анаэробных условиях, в ходе минерализации также образуются альдегиды, спирты, кетоны, сероводород, метан и другие токсичные вещества. Они угнетают рост сельскохозяйственных растений и в итоге негативно сказываются на урожайности.

Таким образом, развитие микроорганизмов в почве и успешная минерализации азота возможны только при наличии тепла, при хорошем притоке воздуха, достаточной влажности почвы и присутствии в почве основании для нейтрализации образующейся азотной кислоты.

На кислых подзолистых почвах процесс образования неорганического азота протекает слабее из-за отрицательного влияния кислотности почвы. В этом случае помочь процессу может известкование полей.

Также нитрификацию подавляет сильный недостаток и избыток влаги. Нитраты отличаются большой подвижностью: в условиях избыточного увлажнения эти вещества вымываются из почвы, а при испарении поднимаются с влагой к поверхности почвы. Кроме того, при избытке воды в почве накапливается значительное количество аммиачного азота, содержание которого в этих случаях может доходить до 20 мг и больше на килограмм почвы.

Что идет на пользу микрофлоре почвы?

Почва является самой сложной гетерогенной средой. Взаимодействия между биотическими и абиотическими факторами настолько сложны, что изменение или даже доминирование определенных видов организмов, живущих в почве, выявить и спрогнозировать очень сложно.

Севооборот и тщательное планирование внесения удобрений помогают поддерживать устойчивость почвы и создавать в ней условия, благоприятные для минерализации азота. Применение свежего органического вещества (навоза) обеспечит надлежащее питание, улучшит структуру почвы и помогает удерживать воду.

Хотя в кислых почвах высвобождается больше органических веществ, их преобразование в доступные для растений формы и другие почвенные процессы замедляются. Потому на землях с высокой кислотностью рекомендуется постепенно повышать рН до уровня более 5. При этом нужно помнить, что чрезмерное использование извести и других удобрений может быть агрессивным для микроорганизмов.

Анализы грибов и бактерий в почве

Изучить в лабораторных условиях внутрипочвенные процессы и, в частности, трансформацию азота достаточно сложно. Из всех известных сред обитания микроорганизмов почва является самой нестабильной: в течение вегетационного периода в ней могут значительно меняться влажность, кислотность, содержание кислорода и питательных веществ, численность и видовое разнообразие микроорганизмов.

Тем не менее, с помощью современных технологий можно получить точное представление о почвенных процессах. Так, голландская компания Eurofins Agro — один из мировых лидеров по лабораторным анализам в сельском хозяйстве — исследует потенциальную азотную минерализацию в почве и параметр BFI (наличие грибов и бактерий в почве).

Самой передовой технологией анализа почв является NIRS — спектроскопия ближнего инфракрасного излучения. При NIRS-исследовании на образец оказывается воздействие ближним инфракрасным излучением. Современное оборудование за несколько секунд измеряет, волны какой длины отражаются от исследуемого материала, а какой — поглощаются. Полученный спектр содержит точную информацию о составе образца.

Результаты анализа NIRS калибруются с помощью классического метода определения BFI. Он представляет собой анаэробный инкубационный тест, измеряющий потенциальный минерализуемый азот (PMN). Это доля органического азота, которая при определенных условиях может быть преобразована в доступные для растений формы. Образцы почвы погружаются в воду на неделю, в них создается анаэробная среда. Анаэробные микроорганизмы за это время разлагают все органические остатки и мертвые аэробные организмы, высвобождая минеральный азот. Уровни неорганического азота до и после погружения сравниваются, и в конечном итоге высчитывается BFI.

Источник