Микроорганизмы почвы, методы определения их состава
1.2 Микроорганизмы почвы, методы определения их состава
Микроорганизмы почвы очень многочисленны и разнообразные. Среди них имеются бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы и водоросли, протозоа и близкие к этим группам живые существа.
Биологический круговорот в почве осуществляется с участием разных групп микроорганизмов. В зависимости от типа почвы содержание микроорганизмов колеблется. В садовых, огородных, пахотных почвах их насчитывается от одного миллиона до нескольких миллиардов микроорганизмов в 1 г почвы. В почве каждого садового участка присутствуют свои микроорганизмы. Они участвуют своей биомассой в накоплении органического вещества почвы. Они выполняют огромную роль в образовании доступных форм минерального питания растений. Исключительно велико значение микроорганизмов в накоплении биологически активных веществ в почве, таких как ауксины, гиббереллины, витамины, аминокислоты, стимулирующие рост и развитие растений. Микроорганизмы, образуют слизи полисахаридной природы, а также большое количество нитей грибов, принимают активное участие в формировании структуры почвы, склеивании пылеватых почвенных частиц в агрегаты, чем улучшают водно-воздушный режим почвы.
Биологическая активность почвы, численность и активность почвенных микроорганизмов тесно связаны с содержанием и составом органического вещества. В тоже время с деятельностью микроорганизмов тесно связаны такие важнейшие процессы формирования плодородия почв, как минерализация растительных остатков, гумификация, динамика элементов минерального питания, реакция почвенного раствора, превращения различных загрязняющих веществ в почве, степень накопления ядохимикатов в растениях, накопление токсических веществ в почве и явление почвоутомления. Велика санитарно-гигиеническая роль микроорганизмов и в трансформации и обезвреживании соединений тяжелых металлов.
Перспективным направлением восстановления и поддержания плодородия и биологической интенсификации земледелия считается применение продуктов переработки органических отходов с участием вермикомпостов дождевых червей, находящихся в симбиозе с микроорганизмами. В естественных почвах разложение опада осуществляют дождевые черви, копрофаги и другие организмы. Но в этом процессе участвуют и микроорганизмы. В кишечнике червей для них создаются более благоприятные условия для выполнения любых функций, чем в почве. Дождевые черви в союзе с микроорганизмами превращают различные органические отходы в высокоэффективные биологические удобрения с хорошей структурой, обогащенные макро- и микроэлементами, ферментами, активной микрофлорой, обеспечивающей пролонгированное (длительное, постепенное) действие на растения [8].
Итак, обеспечивая развитие микроорганизмов в почве, вы, повышаете урожай и улучшаете его качество. Ведь микроорганизмы развиваются, т.е. делятся каждые 20-30 мин и при наличии достаточного питания образуют большую биомассу. Если бык весом 500кг за сутки образует 0,5 кг 1 кг, то 500 кг микроорганизмов за сутки-биомассы, а 500 кг растений создают 5т биомассы. Почему же этого не наблюдается в почве? А потому что для этого микроорганизмам необходимо питание, а с другой стороны лимитируют различные факторы, в частности ядохимикаты. На площади 1 га в результате жизнедеятельности почвенных микробов в течение года выделяется 7500м3 углекислоты. А углекислота необходима и как источник углеродного питания растений и для растворения труднодоступных солей фосфорной кислоты и превращения фосфора в форму доступную для питания растений. Т.е. там, где хорошо работают микроорганизмы, нет необходимости во внесении фосфорных удобрений. Но сами микроорганизмы нуждаются в органическом веществе [14].
В балансе органического вещества почвы велика роль культурных растений. Накоплению гумуса в почвах способствует многолетние травы, особенно бобовые. После их уборки в почве остается фитомасса, которая обогащена азотом за счет фиксации его клубеньковыми бактериями из воздуха. Пропашные и овощные культуры (картофель, капуста и др.) уменьшают содержание гумуса в почве, т.к. оставляют в почве небольшое количество растительных остатков, а применяемая система глубокой обработки почвы обеспечивает интенсивное поступление в пахотный слой кислорода и, как следствие, обеспечивает сильную минерализацию органического вещества, т.е. его потерю.
Среди методов количественного анализа наиболее объективным является метод прямого микроскопирования почвы, принцип которого был предложен С. Н. Виноградским. При этом способе готовят почвенную суспензию и в определенном объеме ее с помощью микроскопа подсчитывают общее число микроорганизмов. Последующим пересчетом можно установить, сколько микроорганизмов приходится на 1 г исследуемой почвы. С. Н. Виноградский готовил препараты на предметном стекле и просматривал их под оптическим микроскопом. В поле зрения можно было видеть палочковидные бактерии, мелкие и крупные кокки, иногда обрывки мицелия грибов и актиномицетов и другие микроорганизмы [1].
Прямое микроскопирование почвы облегчается при использовании флюорохромов, позволяющих легче различать микроорганизмы среди мелких минеральных частиц.
Б. В. Перфильев и Д. Р. Габе для подсчета микроорганизмов в почве рекомендовали пользоваться сконструированной ими капиллярной камерой, глубина которой не превышает 30-40 мкм, а ширина не более поля зрения микроскопа. Подсчитав число микроорганизмов в капилляре, можно затем сделать пересчет на 1 г почвы.
Д. И. Никитин и его сотрудники использовали для прямого подсчета микроорганизмов почвы электронный микроскоп. С его помощью наряду с обычными микроорганизмами можно обнаружить множество мельчайших форм микроскопических существ, которые не были известны до сих пор. Эти интересные формы живых существ изучаются в настоящее время [14].
Прямые методы дают представление об общем количестве микроорганизмов в почве. Однако внешний облик микроорганизмов не позволяет судить об их функциях, поэтому бывает целесообразно дополнительно определить отношение в почве отдельных систематических и физиологических групп микроскопических существ.
Отдельные группы микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, грибы и т. д.) могут быть определены посевом почвенной суспензии на твердые питательные среды, на которых затем зародыши нанесенных микроорганизмов развиваются. В практике обычно используются агаризованные или желатинизированные питательные среды. В отдельных случаях берется различный набор питательных ингредиентов, что помогает выявлять те или иные группы микроорганизмов.
Общие показатели численности микробов, как бы условны они ни были, представляют определенный интерес. На их основании можно примерно вычислить массу совокупности микроорганизмов в почве. Как показывают подсчеты, она составляет десятые доли процента массы почвы. По мере перехода от северных почв к южным процент микробной массы в них увеличивается. В общем, от 0,1 до 1,0% почвенного органического вещества состоит из клеток разных микроорганизмов, вызывающих глубокие изменения органических и минеральных составных частей почвы.
При анализе почв нередко учитывается количество отдельных физиологических групп микроорганизмов. Это делается так называемым методом титра, при котором жидкие избирательные (элективные) питательные среды для определенных групп микроорганизмов заражают разными разведениями почвенной суспензии. Устанавливая после выдержки в термостате степень разведения, показавшего наличие искомой группы микроорганизмов, можно затем простым пересчетом определить численность ее представителей в почве. Таким путем узнают, насколько почва богата нитрификаторами, денитрификаторами, целлюлозоразлагающими и другими микроорганизмами.
Для характеристики типа почвы и ее состояния важны не только показатели численности разных групп микроорганизмов, но и анализ состояния в почве отдельных их видов. За редкими исключениями, даже физиологические группы микроорганизмов очень широки. Внешняя обстановка может резко менять видовой состав почвенных микроорганизмов, но мало или совсем не отражается на количестве их физиологических групп. Поэтому при анализе почвы важно стремиться установить состояние отдельных видов микроорганизмов.
Среди почвенных микроорганизмов встречаются представители разных систематических единиц, способные ассимилировать не только легкоусвояемые органические соединения, но и более сложные вещества ароматической природы, к которым относятся такие характерные для почвы соединения, как перегнойные вещества.
Глава II. Роль микроорганизмов в формировании почвы и ее плодородия
Источник
Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru
Агрономия, земледелие, сельское хозяйство
Популярные статьи
Почвенная биота
Почвенная биота — живые организмы, обитающие в почве и отличающиеся экологическими функциями и таксономическим положением.
В состав почвенной биоты входят:
- микроорганизмы — бактерии, водоросли, грибы, актиномицеты;
- простейшие — инфузории, жгутиковые, корненожки;
- черви;
- членистоногие насекомые;
- моллюски и др.
В хорошо окультуренных почвах количество почвенной биоты может достигать нескольких миллиардов на 1 г почвы, или 10 т/га.
Навигация
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 счет 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 зеленые 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 влагоемкости. 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 рН 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.
Согласно данным В.Т. Емцева, количество бактерий рода Clostridium в 1 г почвы пара составляет 69,7 тыс., тогда как в ризосфере — 10,7 млн. По расчетам, масса бактерий в ризосфере люцерны вдвое больше, чем вне ризосферы, и составляет соответственно 5 и 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.
Источник
Конспект лекции по экологии на тему: «Методы изучения почвенных микроорганизмов»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Конспект лекции по экологии
Автор: к.б.н., доцент Любомирова В.Н.
Микроорганизмы играют важную роль в плодородии почвы. При их участии происходят процессы превращения веществ, обусловливающие как накопление элементов минерального питания растений, так и синтез органического вещества почвы. В результате жизнедеятельности микроорганизмов образуются соединения, которые могут стимулировать или подавлять рост и развитие растений. Почва как среда способствует массовому развитию микроорганизмов и является богатейшим резервуаром разнообразных по своим биохимическим функциям представителей низших организмов. В связи с этим почвенная микробиология и ставит перед собой задачу изучить микроорганизмы и процессы, ими вызываемые, и найти пути их регулирования для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Методы микробиологических исследований характеризуются целым рядом особенностей, обусловленных своеобразием самих изучаемых объектов. Микроорганизмы ничтожно малы и чрезвычайно широко распространены повсюду. Поэтому при работе с ними приходится пользоваться специальными методами. Существуют методы, позволяющие получить стерильные — освобожденные от микроорганизмов субстраты, и методы, с помощью которых можно получить изолированные, так называемые чистые культуры микроорганизмов, а также методы предохранения культур от заражения посторонними микроорганизмами. Эти методы позволяют культивировать микроорганизмы на различных питательных субстратах и изучать их морфологические и физиологические особенности.
Наблюдать за микроорганизмами непосредственно в природных условиях крайне трудно. Поэтому при изучении почвенных микроорганизмов так же пользуются методами культивирования. Это дает неограниченные возможности изучения физиологии и биохимии почвенных микроорганизмов. Однако, применяя метод культивирования для изучения почвенной микрофлоры, необходимо использовать субстраты по своим свойствам в какой-то мере отражающие физико-химические особенности почвы как среды.
Наряду с методами культивирования наблюдения за почвенными микроорганизмами могут быть произведены при непосредственном микроскопическом изучении самой почвы. При использовании подобных прямых микроскопических методов микробиолог получает представление о, преобладающих в почве формах микроорганизмов, о действительной их численности, а также о некоторых особенностях их развития в почвенной среде. Однако недостатком методов прямого микроскопического изучения является то обстоятельство, что эти методы не дают воз можности судить о физиологических свойствах почвенной микрофлоры.
Имеется также ряд косвенных методов, при использовании которых по накоплению в почве тех или иных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов или по изменениям, происходящим с внесенными в нее веществами, судят о деятельности микроорганизмов. Так, например, быстрота, с которой происходит разложение внесенной в почву целлюлозы, окисление внесенного аммония и т. п., дает представление об активности микроорганизмов, принимающих участие в соответствующих процессах. Эти косвенные методы могут быть использованы лишь в совокупности с другими микробиологическими методиками.
Почва является весьма сложной средой, условия которой чрезвычайно трудно полностью воспроизвести в эксперименте. Поэтому, используя ту или иную методику изучения почвенных микроорганизмов, мы неизбежно рассматриваем их жизнедеятельность несколько односторонне, что при некритическом от : ношении к полученным результатам может привести к грубым ошибкам. Необходимо не только хорошо представлять себе сущность того или иного метода, но весьма важно также уметь критически оценить полученные данные.
Источник