Повышение плодородия почвы. Роль микроорганизмов.
Понятия микроорганизмы, микробы, микробиота, микромир, биота приводятся в данной статье как синонимы, чтобы избежать неудобных для чтения повторов.
Современное понимание плодородия почвы напрямую связывают с разнообразием, массой и активностью почвенной биоты.
Основную биомассу микромира почвы составляют грибы, актиномицеты и бактерии . Также всегда есть какое-то количество архей, вирусов, бактериофагов, водорослей, простейших.
Последние выводы ученых — общая биомасса подземных обитателей, по крайней мере, не меньше, чем биомасса всех наземных организмов .
Микробиота находится в постоянной активности – идет борьба за еду, создаются симбиотические сообщества, ведутся войны, создается оружие (в основном, химическое).
Микромир разных почв, даже разных участков одного огорода, может существенно различаться. Картина микромира зависит от времени года и даже дня, температуры и влажности, рН почвы, освещенности и множества других факторов. Это существенно затрудняет практическую работу ученых и логическую достоверность их выводов.
Наука о почвенном микромире – одна из самых новых, хотя первые исследования были сделаны еще в 19 веке. Очень интересно знакомиться с современными научными работами.
Вот ряд выводов, к которым приходят исследователи. Их стоит взять на заметку каждому огороднику:
— Микробиота кислых почв, в основном, представлена грибами. В торфах на долю грибов приходится до 90% от массы всей почвенной биоты.
— Чем более плодородна почва, тем больше в ней аэробных бактерий и актиномицетов. Скорее всего, достоверно и обратное.
— Именно бактерии отвечают за круговорот азота. Одни фиксируют азот воздуха (азотфиксирующие), другие расщепляют белки растительного и животного опада, навоза, выделяя в почву аммиак (аммонифицирующие). Следующие бактерии окисляют аммиак до нитрозо- и нитросоединений (нитрофицирующие). В форме нитратов азот попадает и в растения. Остатки нитратов в почве денитрофицирующие бактерии восстанавливают до молекулярного азота. И круговорот этого элемента повторяется.
— Когда человек вносит в почву минеральные удобрения, он кормит не только (а может быть, не столько) растения, но и микроорганизмы. Есть многократно подтвержденные данные исследователей, показывающие, что количество микробиоты после внесения удобрений вырастает в разы.
— Для жизнедеятельности бактерий, отвечающих за оборот азота в почве, требуется нейтральная кислотность. В кислой среде они не работают.
— Органические кислоты (гуматы), которые составляют основу органических удобрений (навоза, перегноя, вермикомпоста) не могут усваиваться растениями. Они должны сначала переработаться микроорганизмами (минерализоваться), и в таком виде уже становятся доступны растениям. Это значит, что органикой мы подкармливаем не растения, а микробиоту. Но зато микроорганизмы, получив легко усваиваемую пищу, активно размножаются, синтезируют ферменты, гормоны, витамины, антибиотики, которые нужны растениям не меньше, чем минеральные компоненты.
Принято говорить, что микробиота формирует пищевые цепочки. Что они в себя включают?
— Часть микроорганизмов получает пищу и энергию из минералов, воды, воздуха (как фитотрофы и цианотрофы). Известно, что в почве могу идти процессы, аналогичные фотосинтезу. О фиксации азота уже говорилось выше. Бактерии и другие представители микромира могут «питаться» минералами, переводя нерастворимые соли в хелатную форму (это комплексы неорганических соединений с органическими молекулами). И в форме хелатов минералы становятся доступны другим представителям биоты, а также растениям.
— Часть микроорганизмов существует за счет живых биологических субстанций и растения (микробы-паразиты или гетеротрофы).
— Часть микроорганизмов перерабатывает неживую органику (их называют сапрофиты), переводя ее в гумусовые соединения. Здесь первыми в пищевой цепочке являются грибы. И далее, проходя через организмы ряда бактерий, гумус постепенно перерабатывается в минеральные компоненты.
— В почвенной среде много дружественных симбиозов, помогающих его членам выживать. Всем известны симбиозы грибов и водорослей – лишайники.
Для нас важно, что корни растений (ризота) дружат с грибами и бактериями, создавая микоризу.
Без дружественных (или временно прикидывающихся друзьями) микроорганизмов растения обречены на голод и не защищены от врагов и болезней.
Вспомним про питание растений. Мы знаем, что оно бывает воздушное и корневое.
Воздушное питание обеспечивают зеленые листья. Они способны улавливать из воздуха углекислый газ и трасформировать его в углеводы (этот процесс называется фотосинтезом и протекает с использованием хлорофилла). Углеводы – ценный, энергоемкий вид питания.
Углеводы транспортируются к корням, где их поджидают всевозможные микрообитатели почвы. Некоторые из них – например, отдельные виды грибов, азотфиксирующие бактерии проникают непосредственно в ткани корней, другие образуют колонии вокруг корневых волосков. Корни выделяют углеводы, и всасывают почвенные растворы, в которых есть минеральные компоненты, а также продукты жизнедеятельности микроорганизмов — ферменты, гормоны, другие биологически активные вещества. Это корневое питание растений.
— Грибы, проросшие в корни растений, могут эффективно поставлять растениям воду, так как их отростки (гифы) могут расти существенно быстрее корней, и их длина может измеряться километрами. Грибы могут глубже корней проникать в почву в поисках воды, так как им не опасны анаэробные (лишенные кислорода) среды.
Более конкретно о почвенном микромире, о том, как использовать микроорганизмы на практике, будет рассказано в следующих статьях.
Поэтому подписывайтесь на наш канал!
Попробуем разобраться в хитросплетениях мифов и реальностей.
Вас ждут неожиданные факты, полезные для практики результаты научных исследований.
Источник
Роль микроорганизмов в плодородии почвы
Микроорганизмы и микробиологические процессы играют важную роль в плодородии почвы и питании растений.
Почва создает условия для развития микрофлоры, которая, в свою очередь, оказывает специфическое влияние на почву. В каждом виде почв, обладающем конкретными физико-химическими свойствами, развиваются определенное количество и группы микроорганизмов и устанавливается биологическое равновесие, характерное для данных условий и сезона.
Изменение водного, воздушного и питательного режимов почвы сказывается существенным образом на микрофлоре: меняются количество отдельных групп микроорганизмов, т. е. соотношение между ними, а также динамика и интенсивность микробиологических процессов. Поэтому изучение биологии почвы является непременным условием при применении различных агротехнических мероприятий. Для поддержания и повышения почвенного плодородия и эффективного использования вносимых удобрений необходимо также исследование различных аспектов течения микробиологических процессов.
В условиях интенсивного земледелия в почву вносится значительное количество минеральных удобрений, которые довольно существенно влияют на соотношение питательных веществ в почвенном растворе и в естественных условиях являются причиной нарушения установленного биологического равновесия. В результате этих изменений усиливаются процессы минерализации и в почву поступает больше доступных питательных веществ, которые могут быть биологическим путем переведены в усвояемые формы. Кроме того, возрастают газообразные потери азота. Все это сказывается на почвенном плодородии и условиях питания растений.
Почва — сложный субстрат и точно определить факторы, которые регулируют микробиологические процессы в ней, довольно, трудно. Количественные и качественные изменения микрофлоры связаны с питательным режимом почвы и с условиями питания растений. Определение микробиологических процессов, оказывающих существенное влияние на содержание отдельных питательных элементов в почве, является важной задачей, решение которой обусловливает повышение почвенного плодородия и эффективности удобрения. Органические остатки (в агроэкосистемах это, в основном, пожнивные остатки) служат субстратом и главным источником энергии для почвенной микрофлоры. От их количества и химического состава зависит характер и интенсивность микробиологических процессов в почве.
Большую роль играют микроорганизмы в трансформации азота в почве. Аммонифицирующие бактерии, многие актиномицеты, микроскопические грибы и другие микроорганизмы обусловливают минерализацию органического вещества в почве и высвобождение доступного растениям аммонийного азота. Нитрифицирующие бактерии превращают аммонийный азот в нитриты и нитраты. Значительна по составу и количеству микрофлора, использующая минеральный азот и превращающая его в органические формы (процесс иммобилизации). Денитрифицирующие бактерии предопределяют невозвратимые потери газообразного азота. Такие виды, как Azotobacter (az. chroococcum) или Clostridium (Q. pasteurianum) , биологически фиксируют поступающий в почву азот атмосферы. Следовательно, трансформация азота самым тесным образом связана с почвенной микрофлорой, от деятельности которой зависит азотный режим почвы, т. е. количество и качество почвенного азота.
Микроорганизмы осуществляют круговорот веществ в почве, влияя на минерализацию органических остатков и превращая нерастворимые формы в доступные для растений соединения. При этих процессах происходит активное выделение метаболитов — продуктов, участвующих в синтезе гумуса. Микроорганизмы содействуют накоплению и разложению гумуса. Количество и качество питательных веществ в почве зависит от интенсивности микробиологических процессов аммонификации и нитрификации, от целлюлозоразлагающей и ферментативной активности и т. д.
Эффективность азотных удобрений бывает невелика: в почве используется до 50% внесенного с удобрениями азота. Большую роль здесь играет также микробиологическая деятельность. При внесении удобрений количество усвояемого азота в почве в большой степени определяется интенсивностью денитрификации, размером и продолжительностью биологической иммобилизации, интенсивностью процессов аммонификации и нитрификации и др. Так, при интенсивном использовании минеральных азотных удобрений резко возрастают денитрификация и биологическая иммобилизация азота. В результате этого снижается коэффициент использования минеральных азотных удобрений, что может привести к загрязнению атмосферы.
Большое влияние на азотный режим почв оказывают азотфиксирующие бактерии. Свободноживующие азотфиксаторы, которые в почвах довольно широко распространены, вместе с симбиотическими клубеньковыми бактериями усваивают атмосферный азот и играют важную роль в поддержании азотного режима почв. Клубеньковые бактерии в значительной мере обеспечивают азотное питание бобовых культур.
Минерализация органических фосфорных соединений, превращения фосфатов алюминия, железа, трикальциевых фосфатов в почве осуществляются микроорганизмами. В трансформации серы, железа и других элементов также принимают участие микроорганизмы.
Интенсивное возделывание культур связано с внесением высоких доз минеральных удобрений. Изменения, происходящие при этом в почве, отражаются в значительной степени на микрофлоре. Обработка гербицидами — веществами, чужеродными для почвы, — влияет на количество и состав микрофлоры. В то же время микрофлора участвует в детоксикации пестицидов в почве и в ее очистке от загрязнения некоторыми химикатами.
В почве практически нет процесса, в котором микрофлора не принимала бы активного участия. Антропогенное влияние на почву особенно возрастает в интенсивном земледелии, когда изменяются питательный, воздушный и водный режимы. Необходимость изучения этих изменений связана с вопросами сохранения и повышения почвенного плодородия. Микрофлору можно использовать в качестве показателя для определения направлений течения различных процессов в почве.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
БИОТЕХНОЛОГИЯ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВ
Почва, природное образование, состоящее из генетически связанных почвенных горизонтов, формирующихся в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов. Почва является компонентом геобиоценозов и обладает плодородием, что позволяет ей участвовать в производстве биомассы, в том числе урожая сельскохозяйственных культур. Содержание органических веществ и живых организмов в почве уменьшается от верхних горизонтов к нижним, интенсивность же преобразования материнской породы возрастает от нижних горизонтов к верхним. Слой почвы находящийся всего 5-10 см от поверхности максимально населен живыми организмами. Особенно много почвенных микроорганизмов в прикорневой зоне растений – ризосфере. Ученые подсчитали, что суммарное количество биомассы почвенных микроорганизмов на Земле превышает фитомассу. Живые организмы состоят из различных почвенных бактерий, актиномицетов, микоплазм, водорослей, лишайников, грибов, беспозвоночных простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок.
Почва является средой обитания для огромного числа микроорганизмов. Численность и видовой состав микроорганизмов в почве зависит от содержания в ней органических веществ и влаги, структуры почвы, способа ее сельскохозяйственной обработки, климатических условий, характера растительного покрова и многих других факторов. В верхних слоях почвы преобладают аэробы, в более глубоких – анаэробы. Под влиянием одних микроорганизмов происходит синтез новых органических веществ, другие разлагают растительные и животные остатки в почве и превращают их в гумус, а также образуют минеральные вещества. Наиболее распространены в почве бактерии — гнилостные, спороносные виды, разлагающие клетчатку, азотфиксирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие, серобактерии, железобактерии и другие. Среди почвенных бактерий встречаются как автотрофы, так и гетеротрофы, принимающие активное участие в почвообразовательных процессах. Под действием микробов – антагонистов происходит процесс самоочищения почвы.
Биотехнологические методы традиционно используются в сельском хозяйстве для повышения плодородия почв. Агротехническая обработка почвы, внесение органических удобрений, создание водного режима почвы способствуют увеличению почвенных микроорганизмов и повышению их активности. Живые организмы в процессе роста и развития улучшают структуру почвы, обогащают ее питательными веществами и способствуют более полному использованию их растениями.
Современная технология управления биологическими ресурсами предусматривает несколько возможностей проведения мероприятий повышения качества почв. Одним из традиционных методов повышения плодородия является внесение органических удобрений в почву. Органические удобрения могут иметь растительное, животное и смешанное происхождение. К ним относят навоз различных животных и перегной, компост, торф, солому, ил, птичий помет. Почвенные микроорганизмы перерабатывают их в питательные вещества доступной формы, которые усваиваются растениями. Особенно быстро этот процесс протекает в теплую погоду, когда микроорганизмы наиболее активны. Важным для этого процесса фактором является, также оптимальная влажность. В природных условиях разложение органических удобрений почвенными организмами проходит медленно, в связи с этим ученые для быстрого восстановления плодородия почв применяют метод биологической ферментации. В процессе аэробной биоферментации органических компонентов участвуют мезофильные, метанотрофные, кислотообразующие, термофильные и другие бактерии. В биохимическом процессе биоферментации под воздействием микробиологического сообщества происходит переход трудноусваиваемых форм питательных веществ навоза или помета в легкоусваиваемые растениями формы.
На сегодняшний день получила распространение научная технология управления микробиологическими процессами почв, которая основывается на искусственном культивировании полезной микрофлоры для внесения в почву. На первом этапе работ проводится комплексная оценка состояния почвенного покрова, в процессе исследования определяется наличие микроорганизмов в почве и их жизнеспособность. Отдельным пунктом этого исследования стоит вопрос выявления опасных для человека микроорганизмов. Следующим этапом является процесс поиска наиболее эффективных почвенных микроорганизмов. Здесь исследования проводятся по двум направлениям – поиск нового вида бактерий или других организмов и выявление конкурирующих групп, способных вступать в борьбу за жизненное пространство. Параллельно, исследуются физико-химические факторы почвы.
Во время практических работ проводится промышленная культивация бактерий и получение необходимого количества биологического препарата. Эти бактериальные препараты содержат полезные почвенные микроорганизмы. При внесении их в почву, усиливаются биохимические процессы и улучшается корневое питание растений.
С древнейших времен для восстановления и улучшения почв существует практика использования бобовых растений, способных в симбиозе с азотфиксирующими микроорганизмами восполнять почвенные запасы азота в результате процесса усвоения атмосферного азота. Также эффективным способом является выпуск специальных препаратов азотфиксирующих бактерий. Сухие препараты, приготовленные на основе клубеньковых бактерий рода Phizobium и предназначенные для повышения урожайности гороха, фасоли, сои и клевера, которые в настоящее время выпускаются под товарным названием «Нитрагин». Препараты нитрагина вносятся в почву на фоне органических удобрений. При инокуляции почв нитрагином урожайность бобовых культур возрастает на 15-20%. Другой препарат на основе свободноживущих азотфиксирующих бактерий «Азтообактерин» также обладает высокой продуктивностью фиксации азота. Технологии получения сухих препаратов нитрагина и азотобактерина аналогичны и включают получение в стерильных условиях посевного материала, затем культивирование бактерий проводят в контролируемой глубинной культуре, до начала стационарной фазы.
Для снабжения культурных растений фосфатами эффективен метод применения препарата «фосфоробактерина». Выращивание Bacillus megaterium проводят в контролируемой глубинной культуре до стадии образования спор. Биомассу высушивают в распылительной сушилке при 65⁰ С и при остаточной влажности 2-3% смешивают с каолином. Затем препарат фасуют в 500 г водонепроницаемые, герметичные мешки.
В последние годы в Туркменистане уделяется большое внимание производству биогумуса. Биогумус – это натуральное природное удобрение биологического происхождения, являющееся результатом жизнедеятельности дождевых червей (чаще всего специальных красных калифорнийских), после переработки навоза и других отходов. Биогумус придает отличную структуру почве, обогащает ее высокомолекулярными соединениями, различными питательными веществами, а также огромным количеством микроэлементов. Кроме этого биогумус содержит полезную микрофлору, которая способствует повышению плодородия почвы. Все питательные компоненты биогумуса находятся в легко усваиваемой форме для растений.
Важным и актуальным на сегодняшний день является охрана и экология микрофлоры почв, а также изучение форм и видов почвенных организмов, которые способствуют процессам рекультивации земель. Увеличение плодородия почв за счет микробиологической переработки органических отходов и применения бактериальных препаратов, способствует существенному повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Источник