Исследовательская работа «Распространение основных групп микроорганизмов в почвах разных типов»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ СТАНЦИЯ ЮНЫХ НАТУРАЛИСТОВ Г. ВЯЗЬМЫ СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ
Распространение основных групп микроорганизмов
в почвах разных типов
Автор: Тихонова Валерия Игоревна, обучающаяся объединения «Исследователи природы», член научного общества «Знатоки природы», 11 класс Руководитель: Бакутова Елена Евгеньевна, педагог дополнительного образования высшей квалификационной категории
Аннотация на работу
«Распространение основных групп микроорганизмов
в почвах разных типов»
Исследовательская работа состоит из трёх частей. В теоретической части данной работы рассматривается распространение основных групп микроорганизмов в почвах разных типов. Основная цель работы состоит в том, чтобы установить какие группы микроорганизмов развиваются в определенных почвах. По результатам практической работы и литературным данным были сделаны выводы о распространении различных групп микроорганизмов в почвах разных типов. В третьей части даны рекомендации по выращиванию на данных типах почв определенных культурных растений.
В работе 17 таблиц, 42 страницы.
Тезисы к исследовательской работе:
Распространение основных групп микроорганизмов в почвах разных типов
Автор: Тихонова Валерия Игоревна, учащаяся объединения «Исследователи природы»,член научного общества «Знатоки природы», 11 класс
Мир микроорганизмов весьма разнообразен. Вся наша планета «укутана» в живую пленку, большая часть которой состоит из микробов. Они трансформируют растительные остатки, участвуют в формировании структуры почвы, образовании гумуса и его минерализации.
Почва представляет собой биоорганоминеральную систему, обеспечивающую рост культурных растений, необходимых для существования всего живого на нашей планете. Одним из основных факторов процесса почвообразования есть функционирование почвенных микроорганизмов.
Тема исследования : распространение основных групп микроорганизмов в почвах разных типов.
Цель исследовательской работы : определить, какие группы микроорганизмов живут в почвах разных типов, подсчитать их количество, определить соотношение и дать рекомендации по выращиванию с/х культур, которым показаны эти типы почв.
1. Объекты исследования
— Микроорганизмы, использующие органические формы азота
2. Почвы: луговая зернистая пойменная и дерново — подзолистая
3. Питательные среды.
Сусло-агар. Данная среда используется для выявления различных видов грибов.
Мясо-пептонныйагар . Эта среда используется для учета количества микроорганизмов использующих органические формы азота.
Среда Гетчинсона. Она предназначена для выявления аэробных целлюлозоразлогающих микроорганизмов.
Среда Эшби – для выявления аэробных азотфиксаторов (в т.ч. Azotobacter).
Среда Ваксмана . Данная среда используется для учета актиномицетов.
4.1.Определение влажности почвы. Необходимо определить влажность почвы, так как полученные данные анализа при оценке результатов должны быть пересчитаны на 1г воздушно – сухой почвы. Для этого сначала взвешиваем пустой бюкс, затем помещаем в него 10г почвы и взвешиваем. После сушки в сушильном шкафу при 105º и достижения постоянной массы бюкс с навеской почвы снова взвешивают и определяют содержание воздушно – сухой почвы в 1 г сырой.
Влажность (А) почвы определяют по формуле:
А)Определение влажности луговой зернистой пойменной почвы.
где m1 – масса бюкса с сырой почвой (30,5 г)
m2 – масса бюкса с сухой почвой (29,3 г)
m3 – масса пустого бюкса (23,4 г)
Вывод: в 1г влажной почвы 0,23 г влаги и 0,77 г – абсолютно сухой почвы.
Б)Определение влажности дерново-подзолистой почвы
где m1 – масса бюкса с сырой почвой (32,9 г)
m2 – масса бюкса с сухой почвой (31,5 г)
m3 – масса пустого бюкса (27,9 г)
А%= (32,9 — 31,5)/(31,5 – 27,9)*100= 39%
Вывод: в 1г влажной почвы 0,39 г влаги и 0,61 г – абсолютно сухой почвы.
4.2. Метод последовательных разведений. Приготовление почвенной суспензии: 1г почвы помещают в колбу емкостью 250 мл с 99 мл стерильной водопроводной воды, интенсивно взбалтывают вращательным движением (не смачивая пробки) 10 мин. Затем методом разведения готовят суспензии, содержащие разное количество почвы: из предыдущего разведения стерильной пипеткой переносят 1 мл суспензии в пробирку, содержащую 9 мл воды. В колбе 1 мл суспензии, приготовленной по этому методу, соответствует разведению 10-2, далее из колбы мы берем 1мл и переносили в пробирку, где так же 9мл воды. Следовательно, там получается разведение уже 10 -3 ,затем в 10 -4 и затем в 10-5. Из полученных разведений делают посев на плотные питательные среды в соответствии с выбранной концентрацией суспензии для посева на каждую среду.
4.3. Метод обрастания комочков почвы. Численность отдельных групп микроорганизмов в почве небольшая, их выявляют методом обрастания комочков почвы. На чашках Петри со стерильной средой Эшби помещаем 50 комочков почвы диаметром 1-2 мм, чашки поместить во влажную камеру и поставить в термостат при t=28°С.
Через неделю после приготовления данной среды, чашку Петри достали из термостата и наблюдаем опыт. Если комочки почвы и поверхность рядом с ними покрылись «слизью», и в данном случаи слизь в некоторых местах окрасилась в коричневый цвет – это дает все основания полагать, что в этой почве присутствуют азотфиксирующие бактерии.
1. Почвы отличаются друг от друга качественным и количественным составом почвенных микроорганизмов. Максимальное их количество содержится в дерново-подзолистой почве.
2. Один вид почвенных микроорганизмов можно встретить на разных типах почв. Например, бактерии рода Bacillus, Actinomicetes,Azotobacter встречаются на двух типах почв, так же как и гриб Pinicillium. Это объясняется похожими условиями среды, необходимой для их развития.
3. Что касается целлюлозоразлогающих микроорганизмов рода Clostridium, то их можно встретить далеко не на всех почвах. Например, в дерново-подзолистой почве их меньше, а вот в пойменных почвах их количество заметно увеличивается.
В ходе микробиологического анализа различных типов почв, мы выяснили, какие микроорганизмы обитают в них. Мы можем сделать вывод, что азотфиксирующие микроорганизмы в большом количестве есть во всех почвах, что свидетельствует о высоком плодородии этих почв. Также мы можем отметить, что в дерново-подзолистой почве большое разнообразие грибов. Bacillusmycoides доминировала на МПА, отвичающая за минерализацию органических соединений почвы. Грибы рода Penicillium выявлены на сусло-агаре. Они играют важную роль в разложение органических остатков. Actinomicetes служат для минерализации и разложения органических веществ. Clostridium, выросший на среде Гетчинсона, играет важную роль в разрушение свежих остатков растений на более простые (целюлозоразрушающие). Итак, исходя, полученных результатов мы можем отметить, что микроноселение различных типов почв отличается по количественному составу, но один и тот, же вид микроорганизмов можно встретить в разных почвах.
Мир микроорганизмов весьма разнообразен. Вся наша планета «укутана» в живую пленку, большая часть которой состоит из микробов. 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.
Почва представляет собой биоорганоминеральную систему, обеспечивающую рост культурных растений, необходимых для существования всего живого на нашей планете. Одним из основных факторов процесса почвообразования есть функционирование почвенных микроорганизмов. Их содержание в 1г почвы, по данным Е.М. Мишустина[1], достигает миллиардов клеток. Этим микроорганизмам свойственно чрезвычайно высокое разнообразие видового состава. По мнению Р. Тейта, в 1г почвы содержится около 4000 видов микроорганизмов.
Я, считаю, свою работу актуальной, на данный момент времени, так как у современного человека всё больше возникает потребность заниматься выращиванием различных с/х культурных на своих дачных участках. Для улучшения плодородия они вносят всевозможные препараты, не догадываясь, насколько важны не только они, а микроорганизмы, которые содержатся в том или иной почве. Поэтому такие знания очень важны и необходимы, чтобы результаты своего труда, по выращиванию культур были, не бесполезными.
Тема исследования: распространение основных групп микроорганизмов в почвах разных типов.
Цель исследовательской работы: определить, какие группы микроорганизмов живут в почвах разных типов, подсчитать их количество, определить соотношение и дать рекомендации по выращиванию с/х культур, которым показаны эти типы почв.
I . Теоретическая часть.
1. Численность микроорганизмов в почвах разных типов.
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, в то время как в весенний и в осенний периоды — бактерии, численность которых летом значительно снижается [4].
Приступая к характеристике микронаселения различных почв, необходимо, прежде всего, отметить большую его динамичность. Численность микроорганизмов довольно сильно меняется не только в течение года, но и в небольших отрезках времени. Это является следствием динамики температуры и влажности почвы, состояния растительного покрова и т .д. [4]
Почти во всех почвах имеет место большая или меньшая активизация деятельности микроорганизмов весной. Очевидно, это связано с обогащением почв растительностью, которая отмерла за осенне-зимний период. Сезонная динамика численности микроорганизмов не снимает вопроса о плотности заселения разных почв микроорганизмами. Несмотря на имеющиеся колебания, легко заметить, что одни почвы богаче, а другие беднее микроорганизмами. Если ориентироваться на средние числа наблюдений, то можно получить примерные данные, обрисовывающие степень населенности почв микроорганизмами (т.е. биогенность почвы) [5].
Любые микробиологические анализы дают условные показатели, но если для изучения разных почв используется одна и та же методика, то получаются вполне сопоставимые результаты. Для установления богатства почв микроорганизмами или, как говорят, их биогенности применяется прямой микроскопический метод, рекомендованный С.Н. Виноградским [6].
Ниже приведены таблицы, в которых показывается количество микроорганизмов в разных типах почв и разных зонах по данным Е.Н. Мишустина [1].
Количество микроорганизмов в почвах России по данным метода прямого подсчета (в млн.)
Е.Н. Мишустин «Микроорганизмы и продуктивность земледелия» Москва, Наука, 1972
Общее количество микроорганизмов
При учете микроорганизмов методом посева на твердые питательные среды абсолютные цифры получаются во много раз меньше, но общая закономерность, как это следует из материалов табл.4, не меняется. В этой таблице общее число микроорганизмов вычислено как сумма бактерий, актиномицетов и грибов. Численность бацилл включается в общее число бактерий.
Большаябиогенность почв тундры и тайги по сравнению с почвами лесо-луговой зоны объясняется, очевидно, тем, что северные почвы анализировались лишь летом, когда в них максимальное число микроорганизмов. Численность же микроорганизмов для других почв получена при динамических наблюдениях. Следует отметить, что данные таблицы 2 относятся к горизонту А целинных почв к пахотному слою окультуренных [1].
Биогенность органического вещества различных целинных почв (микроорганизмы в тыс/г перегноя)
Е.Н. Мишустин «Микроорганизмы и продуктивность земледелия» Москва, Наука, 1972
Общее количество микроорганизмов
Подзол и дерново-подзолистая
Луговая степь и степь
Пустынная степь и пустыня
Бурая и серозем
Приведенные сведения позволяют вскрыть и вторую закономерность, которая не устанавливается прямым методом микроскопирования. Оказывается, что почвы северной зоны значительно беднее южных спорообразующими бактериями и актиномицетами. Процентное содержание данных групп микроорганизмов резко возрастает в почвах южной зоны (табл.2) По всей видимости, в этом отражается степень переработки органического вещества в разных почвах. Бациллы и актиномицеты, как это уже отмечалось, размножаются на более поздних этапах разложения растительных остатков. Грибное население в разных почвах меняется в количественном отношении не так резко. Тем не менее, следует отметить, что в южных почвах относительное число грибов уменьшается.
Данные методы посева подтверждают, что окультуривание почв значительно усиливает их биогенность. Считается более правильным пересчитывать количество бактерий на 1 г перегноя, так как жизнедеятельность сапрофитных микроорганизмов связана не со всей почвенной массой, а с ее органическим веществом [1]. При подобном расчете биогенность южных почв становиться еще более ярко выраженной (табл.3).
Косвенным, но весьма точным показателем большой биогенности почв южной зоны является процесс нитрификации, суммирующей мобилизационные процессы, связанные с превращением азотного фонда почвы.
Вертикальная поясность влияет на состав почвенных бактерий так же, как и широтная зональность. В качестве примера приводятся данные З.Ф. Тепляковой 1 , исследовавшей почвы горного хребта Алатау (Казахстан). С высотой (по мере снижения средней годовой температуры почвы) уменьшается численность бактерий и процентное содержание бацилл. Особенно отчетливо это проявляется при пересчете микронаселения на 1 г перегноя (табл. 3).
Высота над уровнем моря, м
Количество бактерий в 1 г почвы, тыс
Количество бактерий в 1 г перегноя, тыс.
Видовой состав микроорганизмов различных систематических групп изменяется в разных почвах. Известно, что в почве преобладают представители родов Pseudomonas , Bacterium , Mycobacterium .
Неспорообразующие бактерии являются пионерами освоения органических остатков попадающих в почву. Свежее органическое вещество (в основном растительных остатков) содержится во всех почвах, а различие в его химическом составе не столь существенно. Вполне возможно, что в разных почвах развиваются близкие виды неспорообразующих бактерий, осваивающих свежие органические остатки. Тем не менее, на первичных стадиях почвообразовательного процесса из неспороносных бактерий явно доминируют микобактерии [2].
Более основательно изучены группировки спорообразующих бактерий, развитие которых связано с наличием в почве более переработанного органического вещества [5]. C остав почвенных бацилл наглядно отражает особенности почвенного типа. Имеющиеся к настоящему времени данные наглядно показывают, что каждому почвенному типу свойственен вполне характерный набор преобладающих бацилл. Другие виды здесь могут встречаться, но в очень небольшом числе.
В почвах наиболее часто встречаются следующие виды бацилл:
1. Bacillius agglomeratus дает небольшие сероватые, иногда с зеленоватым отливом колонии. Бродильной способностью не обладают.
2. Bac . а sterosporus – вид, сходный с предыдущим, но отбраживающий сахара с газообразованием.
3. Bac . cereus характеризуются плоскими относительно диффузными колониями с равной, как бы мучнистой поверхностью.
5. Bac . idosus — бактерии, сформированные колонии которых имеют пленчатую форму. Подобную колонию можно легко снять с агаризованной среды препаровальной иглой.
6. Bac . virgulus образует слизистые сероватые колонии. Если прикоснуться иглой к колонии и слегка поднимать ее, то бактериальная масса дает длинный слизистый тяж.
7. Bac . megaterium дает слизистые колонии обычно молочно-белого тона, состоящие из харктерных гранулированных толстых клеток.
8. Bac . mesentericus дает колонии, обычно плотно прилегающие к агаровой среде и имеющие морщинистую поверхность. Сахара не сбраживает.
9. Bac . subtilis — вид, сходный с предыдущем, но ферментирующий углеводы с газообразованием.
10. Bac . gasificans дает на среде слизистые желтоватые колонии, включающие пузырьки газа.
11. Bac . adhaerens характеризуется плоскими колониями, имеющими гифоидную, неясно выраженную структуру.
При характеристике только что упомянутых спорообразующих бактерий описаны их колонии на среде, состоящей из равной смеси мясо-пептонного и сусловогоагара. На этой среде отдельные виды бацилл дают весьма характерные колонии [2].
В табл.4 представлены сведения о преобладающих группировках бактерий в разных типах почв. Конечно, в любых почвах могут быть найдены и другие бациллы.
Приведенные данные показывают, что группировка Bac . agglomeratus и Bac . cereus весьма характерна для почв Крайнего Севера. В подзолах средней полосы России в значительной степени встречаются Bac . mycoides и Bac . megaterium . Группа Bac . mesentericus и Bac . subtilis богато представлена в каштановых и сероземных почвах. Кроме того, в этих почвах, как правило, всегда содержится большое число зародышей Bac . Megaterium [2] .
Группировки доминантных бацилл в разных почвах России.
Е.Н. Мишустин «Микроорганизмы и продуктивность земледелия» Москва, Наука, 1972
В почвах с более энергичными мобилизационными процессами доминируют бациллы, способные использовать не только органический, но и минеральный азот ( Bac . Megaterium , Bac . mecentericus , Bac . subtilis ), в почвах со слабо протекающими минерализационными процессами явно преобладают спорообразующие бактерии, нуждающиеся в органическом азоте ( Bac . cereus , Bac . mycoides и др.) . В этом сказывается глубокая связь физиологии микроорганизмов со свойствами среды их обитания.
Простым опытом можно показать зависимость распространения отдельных видов бактерий от типа почв. Например, если на мясопептонный агар, разлитый в чаши Петри, разложить комочками дерново-подзолистую и сероземную почвы, то через сутки у каждого комочка северной почвы вырастает колония Bac . mycoides , а у комочков южной почвы колонии этого микроорганизма не образуются. В то же время общая численность бацилл в сероземе значительно больше, чем в дерново-подзолистой почве. В сероземах Bac . mycoides встречается, но в очень малом числе [1].
При окультуривании состав почвенной микрофлоры, в том числе бацилл, существенно меняется. В почве появляются виды спорообразующих бактерий, свойственных более южной зоне. Группировки бацилл чрезвычайно характерны для каждого типа почвы.
В некоторых случаях с органическими удобрениями, например с навозом или компостами, в почву вносятся характерные для этих удобрений бациллы. В частности, в разогревшемся при созревании навозе содержится очень много Bac . mecentericus , Bac . subtilis и термофильных бактерий. В почвах вертикального ряда обнаруживается по существу такая же смена бацилярных форм, как и в почвах зонального типа. Правда, ввиду того, что почвы вертикальной поясности не являются полными аналогами горизонтально-зональных, здесь имеются некоторые отклонения. Так, например, горно-луговые почвы, точно так же как и тундровые, бедны Bac . mycoides , но в них богато представлена группировка Bac . cereus и Bac . idosus . В горных черноземах часто встречаются Bac . mycoides , который практически отсутствует в обычных черноземах [4].
Наличие Bac . mycoides отмечено в северных черноземах, формирующихся в условиях более влажного климата. В табл. 3 приведены данные З.Ф. Тепляковой о доминантных формах бацилл в почвах Заилийского Алатау (Казахстан) 1
В горно-луговых почвах имеется довольно много бацилл с неустановленным систематическим положением.
1.1 Распространение микроскопических грибов.
Влияние географического фактора на распространение в почвах грибов давно доказано. В результате этих исследований вырисовывается ряд закономерностей. Так, в южных почвах численность грибов несколько снижается, но в то же время видовое разнообразие их увеличивается. В почвах со слабо протекающими минерализационными процессами, т.е. главным образом в северной зоне, очень много грибов рода Pinicillum . При передвижении к югу происходит их смена грибами рода Aspergillus . Заслуживает внимания не только изменение численного содержания представителей рода Pinicillum в почвах разных почвенно-климатических зон, но и существенные сдвиги в соотношениях грибов секций данного рода, что связано с их физиологией. В почвах с более вялой биодинамикой преобладают биохимически менее активные грибы рода Pinicillum . Так, в солонцах, солончаках и такырах преобладают грибы секции Monoverticilata . В лесных почвах богато представлена секция Biverticillata , в которой объединены грибы, хорошо ассимилирующие органический азот. Надо отметить, что наряду с весьма широко распространенными видами ( Pen . canescens , Pen . cyclopium , Pen . thomii ) выявляются виды с ограниченным ареалом распространения [1].
Мукоровые грибы энергично размножаются на субстратах, богатых свежими растительными остатками. Поэтому не вызывает удивления их широкое распространение в более северной зоне. Здесь они тяготеют к верхним слоям почвы. Некоторые виды (такие, как Mucor . ramanoanus ) встречаются лишь в лесных почвах [1].
Среди мукоровых грибов имеются, однако, виды, приуроченные к южным почвам. Примером могут служить представители рода Choanephora , встречающиеся в сероземах.
Вполне определенно вырисовывается приуроченность грибов рода Fusarium к почвам, занятым травянистой растительностью. Лесные почвы весьма бедны данными микроорганизмами, но в черноземах, каштановых и сероземных почвах их очень много.
Изучение экологии дрожжевых грибов также показало на их взаимосвязь с типами почв. Вообще больше всего дрожжей обнаруживается в почвах, богатых слабо разложившимися растительными остатками с кислой реакцией и значительным содержанием влаги, например в низовых торфяниках. Торфяники вообще наиболее богаты по разнообразию видов дрожжей, однако характерными можно считать наличие здесь дрожжей рода Torulopsis . В других типах почв эти дрожжи не обнаруживаются в сколько-нибудь значительных количествах.
В других почвах дрожжи встречаются в меньшем числе. Видовой состав их меняется в зависимости от типа почвы. В тундрово-глеевых и болотных почвах в значительных количествах присутствуют дрожжи из рода Cryptococcus , дающие капсулы. В кислых подзолистых и дерново-подзолистых почвах преобладают представители рода Candida , имеющие в цикле развития мицелиальную стадию. В серых лесных почвах и черноземах постоянно обнаруживаются дрожжи рода Lypomyces . Для черноземных характерно также наличие розовых дрожжей – Rhodotorul [2] .
1.2 Распространение актиномицетов.
Закономерность общего порядка в распространении актиномицетов довольно хорошо выяснена. Трудности, связанные с определением видов актиномицетов, замедляют изучение их экологии. Состав актиномицет зависит от типа почвы. Тепляковой З.Ф. было установлено[1], что южные почвы не только богаче актиномицетами, но в них содержится и большее видовое разнообразие этих организмов, что отмечается как на зональных типах почв, так и на почвах, характерных для вертикальной поясности [5].
Процесс минерализации органических остатков протекает в различных почвах далеко неодинаково по интенсивности, что отражается на нитрификационном процессе. Почвы южной зоны значительно богаче нитрификаторами. Показателями мобилизационных процессов в почве являются также целлюлозные микроорганизмы. Чем лучше идет мобилизация азота в почве, тем больше в ней содержится целлюлозных микроорганизмов. Клетчатка может разрушаться бактериями, грибами и актиномицетами. По своей требовательности к субстрату, особенно запасу доступного азота, отдельные виды целлюлозоразлагающих микроорганизмов сильно различаются. Наименее требовательны грибы из рода Dematium , поэтому они доминируют в почвах со слаборазвитыми мобилизационными процессами. В более высоком уровне азотного питания нуждаются такие виды разрушающих клетчатку грибов, как Chaetomium , Fusarium и др. Бактерии требуют более высокого обеспечения азотом, чем грибы. Поэтому в почвах с более благоприятным азотным балансом в значительном количестве появляются миксобактерии ( Polyangium , Myxococcus ), а при дальнейшем улучшении условий среды — вибрионы ( Cellvibrio ) и миксобактерии ( Cytophaga ). В почвах довольно широко распространен целлюлюзоразлогающиймикохитридиевый гриб Rhizophlyctis .
Поскольку энергия мобилизационных процессов в почвах усиливается по мере перехода с севера на юг, в почвах более теплых климатических зон относительное содержание целлюлозоразлогающих бактерий по сравнению с грибами значительно усиливается.
Распространение свободноживущих азотфиксирующих бактерий подчас также связывается с определенными почвенными типами. Так Clostridiumpasterianum в больших количествах встречается в подзолистых и дерново-подзолистых почвах, а в каштановых и сероземных почвах он в значительной мере заменяется Clostridiumacetobutilicum . этот микроорганизм требует для своего развития белкового питания, и, очевидно, южные почвы, более богатые микробной массой (т.е. белком), лучше подходят для его развития.
Говоря об азотфиксаторах, нельзя не упомянуть об Azotobacter , экология которого хорошо изучена. Он развивается в почвах с реакцией среды, близкой к нейтральной, в достаточной мере богаты доступными соединениями фосфора, содержащих достаточный запас органического вещества, обеспеченных водой. В северной зоне обнаруживается главным образом в почвах пойм и в сильно окультуренных землях. В зоне черноземов и более южных почв (каштановых и сероземах) постоянно встречается лишь в орошаемых почвах. В неорошаемых почвах он обычно размножается как весенний эфемер, когда почва достаточно увлажнена [2].
1.3 Распространение микроорганизмов в почве по мере углубления.
Выше мы приводили данные, относящиеся к верхнему горизонту разных почв. Отдельные почвы существенно различаются по глубине их микробиологического профиля. Вообще с углублением в почву число микроорганизмов постепенно снижается и меняется их состав [5]. Это отмечалось уже ранее. Снижение численности микронаселения с глубиной до известной степени связано с уменьшением содержания гумуса в нижележащих слоях почвы, но прямая зависимость здесь отсутствует. Обычно численность микроорганизмов падает по мере углубления в почву более резко по сравнению с уменьшением содержания перегноя. В гумусных и нейтральных почвах микробиологический профиль обычно все же более глубок.
Следует подчеркнуть, что как в целинных, так и в окультуренных почвах даже небольшое углубление в почву (на 5-10 см) ведет к уменьшению численности микроорганизмов [5]. Но это в том случае, когда почва нормально увлажнена. В сухих же почвах от недостатка влаги больше страдает самый поверхностный слой. В некоторых случаях, из-за разных причин, при углублении число микроорганизмов возрастает. Так дело обстоит в случае погребенных почв.
Для того чтобы дать известное представление о микробиологическом профиле разных почв, приводятся данные в таблице 1, в которой представлены соответствующие материалы для пяти различных почвенных типов. По вполне понятным причинам самой богатой микроорганизмами почвой является чернозем. У него и более глубокий микробиологический профиль. В северных почвах слой, богато заселенный микроорганизмами, относительно невелик [1].
Характер почвенных микроорганизмов существенно меняется при постепенном углублении в почву. Более глубокие слои почвы обычно относительно богаче бациллами и нередко актиномицетами. Особенно это хорошо видно на примере чернозема и серозема почвенных типов, в которых данные микробные группировки представлены более богато. Некоторые спорообразующие бактерии, например Bac . idosus , весьма глубоко проникают в почвенный слой, другие ( Bac . megaterium , Bac . mycoides ) тяготеют к верхнему слою почвы. То же самое отмечается и в соотношении грибов. Грибы рода Pinicillum — основные представители микрофлоры более глубоких слоев почвы. Роды Mucor , Fusarium , Trichoderma в основном населяют поверхностные слои почвы.
Отмеченные закономерности отражают общую связь живого населения почвы с направленностью почвообразовательного процесса. Так И.С. Кауричев убедительно показал связь характера животного населения с типом почвы и ее плодородием [4].
Функционирования почвенных микроорганизмов является одним из важных факторов, способствующих структурирования 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 [4].
2. Факторы, влияющие на формирование микробных ценозов почв различных типов.
Особое место среди природных сред обитания микроорганизмов занимает почва. Это чрезвычайно гетерогенный (разнородный) по структуре субстрат, имеющий микромозаичное строение. Почва представляет собой совокупность множества очень мелких (от долей миллиметра до 3-5 мм) агрегатов пронизанных порами, омываемых почвенным раствором, протекающим по капиллярам.
Остатки растений и животных, гумусовые вещества — органический элемент почвы — распределены в ней не равномерно, а сосредоточены в отдельных микроочагах, часто устилая пленкой почвенные гранулы, создавая зоны, где протекает бурная, но непродолжительная деятельность микробных сообществ, заселяющих эти участки.
На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшимимикроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толще сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.
Природные микроколонии микробов представляют собой размножающиеся в естественной среде популяции, т. е. совокупности родственных между собой особей (клеток) одного вида, расположенных на ограниченном участке природного субстрата. Их развитие начинается с формирования небольших групп клеток. Эти агрегаты клеток (преимущественно бактерий) не бывают хаотическими. Часто они соединены в розетки, спирали и иные организованные группы, образуя первичные микроколонии. Со временем эти первичные микроколонии, расположенные рядом либо разрастающиеся и образующие новые микроскопления, приводят к образованию популяционных колоний, заселяющих в отдельных местах почвенные гранулы [5].
На активность микроорганизмов и формирование их ценоза в почве влияет ряд факторов. Прежде всего, следует отметить роль температуры почвы в протекании микробиологических процессов.
На температуру почвы огромное влияние оказывает географический фактор [5]. Кроме того, наблюдаются суточные колебания температуры, которые сильнее всего сказываются на поверхностном слое почвы. Сезонные колебания температуры влияют на весь профиль почвы. В криофильных почвах на некоторой глубине имеется постоянный мерзлотный слой, подавляющий активность микроорганизмов.
В одной и той же зоне температурный режим почвы зависит также от ее способности поглощать тепловые лучи, теплоизлучения, характера растительности.
Среди микроорганизмов так же имеются психрофилы, размножающиеся при относительно низких положительных температурах; мезофилы, которые растут при обычных температурах окружающей среды; термофилы, требующие высокие температуры.
Основная масса почвенных микроорганизмов принадлежит к мезофилам. Доказано, что при температуре ниже 5°С в почве практически перестает накапливаться СО 2 , то есть приостанавливается процесс распада органических соединений [5]. При такой температуре резко тормозится процесс нитрификации, свидетельствующий о мобилизации азота [5]. Если за 100% принять энергию этого процесса при 25°С, то относительная интенсивность накопления нитратов (в %) при более низких температурах будет следующая:
Теплолюбивые микроорганизмы при оптимальной для них температуре более активны, чем психрофильные их формы. Термофилы обладают исключительно высокой биохимической активностью. В связи с этим в южных почвах при благоприятных условиях микробиологические процессы протекают более энергично, чем в северных. Однако термофильных микроорганизмов даже в южных почвах очень мало, и существенной роли в почвенных процессах они не играют. Это объясняется тем, что при сильном нагревании почва быстро пересыхает и создается неблагоприятная обстановка для размножения термофилов. Термофильные микроорганизмы поступают в почву в основном с навозом, при созревании которого происходит их массовое размножение. Поэтому богатство почвы термофилами может служить косвенным признаком степени ее унавоженности.
Огромное влияние на жизнедеятельность микроорганизмов оказывает влажность почвы . Вода, составляющая жидкую фазу почвы, содержит в себе то или иное количество растворенных веществ. В основном из почвенного раствора растения и микроорганизмы усваивают питательные вещества.
Корневая система растений или клетки микроорганизмов для ассимиляции водного раствора должны иметь более высокое осмотическое давление, чем раствор. По величине осмотического давления микроорганизмы почвы существенно различаются.
Большинство из них способны развиваться в почве при наличии, по крайней мере, гигроскопической влаги. Южные культуры микробов адаптированы к более сухим условиям существования. Некоторые микроорганизмы, преимущественно актиномицеты и ряд грибов, могут развиваться при ничтожной влажности почвы.
В природной обстановке влажность почвы сильно колеблется, особенно резко в неорошаемых почвах южной зоны. Здесь в период дефицита влаги нередко подавляется деятельность бактерий, но активизируются актиномицеты и грибы. В периоды значительного иссушения почвы активная деятельность микроорганизмов в ней вообще прекращается. В сухих степях, поэтому более энергичные микробиологические процессы в почве протекают обычно не летом, а весной и осенью при более низкой температуре, но в достаточно влажной почве.
Таким образом, в почвенных процессах огромное значение имеет сочетание температурных условий и влажности. М. М. Кононова разработала схему интенсивности биологических процессов в почве на основе учета температурного фактора и влажности (табл. 6). Эта схема помогает создать примерное представление о напряженности микробиологических процессов в разных почвенно-климатических условиях.
Градация возможной интенсивности микробиологических процессов при различных условиях среды [5]. Таблица 6
Из таблицы видно, что и высокая, и низкая температура подавляет процессы жизнедеятельности в почве, а самая большая интенсивность наблюдается при температуре 20-30ºС.
Не меньшее значение для микробиологических процессов почвы, чем температура и влажность, имеет воздушный режим . Воздух содержится в почвенных порах, которые составляют в отдельных случаях от 25 до 1% общего объема почвы. Содержание воздуха в почве подвержено сильным колебаниям в зависимости от ее увлажнения, уплотнения и т. д.
Аэробные микроорганизмы хорошо переносят повышенное содержание в воздухе СО 2 . Нередко отмечается даже улучшение их роста при обогащении воздуха углекислотой. Тем не менее при концентрации СО 2 1 —1,5% и выше в деятельности некоторых групп микроорганизмов начинает проявляться депрессия. Вероятно, отчасти по этой причине в нижних горизонтах пахотного слоя меньше микроорганизмов, чем в верхних.
Однако аэробные цианобактерии лучше развиваются при повышенном содержании СО 2 в почве. Оптимальная для них концентрация СО 2 равна 1%, а максимальная — для ряда представителей достигает 12% и выше.
К аэробным микроорганизмам почвы относятся плесени, большинство актиномицетов и значительная часть бактерий. Аэробные актиномицеты и бактерии могут существовать при относительно небольших запасах кислорода, что делает понятным их размножение в глубоких слоях почвы. Как было показано Н. Н. Худяковым, некоторые аэробные почвенные микроорганизмы ( Bacillussublilis, Aspergillusniger и др.) могут размножаться при содержании в почве 0,13—0,26% кислорода.
Отдельные группы аэробных микроорганизмов неодинаково относятся к обеднению воздуха кислородом. Так, мукоровые грибы более аэробны, чем представители рода Penicillium. Некоторые бактерии, например Bacillus mycoides тяготеют к верхним слоям почвы, а Вас. idosus одинаково хорошо растет как в верхних, так и в нижних слоях. Это объясняет, почему по мере углубления в почву, наряду с уменьшением количества микроорганизмов, существенно изменяется соотношение их групп и видов.
На характер микрофлоры большое влияние оказывает активная кислотность почвы. По величине рН почвы могут быть разделены на следующие группы: сильнокислые — рН 3-4, кислые — 4-5, слабокислые — 5-6, нейтральные — 6-7, щелочные — 7-8, сильнощелочные — 8-9 и выше[4].
В подзолах значение рН находится в пределах 3,5-5, в черноземах эта величина достигает 6,5-7,2, а в сероземах — 7,5 [4].
Значение рН одной и той же почвы на разных, даже близко расположенных, участках поля может несколько различаться. В течение вегетационного периода реакция почвенной среды также подвержена изменениям. Это связано с жизнедеятельностью микроорганизмов, образованием ими СО 2 , кислот и т. д.
Следует иметь в виду, что значение рН почвы, определяемое обычными методами, дает лишь средний показатель ее кислотности. На самом деле рН отдельных точек одной и той же почвы различен, и микроорганизмы разных микрозон находятся далеко не в одинаковых условиях. В кислых почвах имеются микрозоны, где могут размножаться микроорганизмы, не переносящие низкого значения рН, а в щелочных почвах встречаются относительно кислые микрозоны.
Микроорганизмы одной и той же систематической группы неодинаково относятся к кислотности среды. Так, большинство бактерий почвы не развивается при значении рН ниже 4,5-5, но некоторые из них (например, Thiobacillusthiooxidans ) могут сохраняться в жизнеспособном состоянии даже при рН 0,9. Минимальные значения рН для грибов составляют 2-3, но некоторые грибы (представители рода Mortierella ) не выносят подкисления среды. Весьма чувствительны к снижению рН актиномицеты. Все это делает понятным, почему в любой почве могут быть найдены представители основных групп микроорганизмов, но в кислых почвах относительно больше микроскопических грибов, чем в щелочных. В последней группе почв лучше размножаются бактерии и актиномицеты.
Несмотря на разную кислотоустойчивость и щелочеустойчивость, все группы микроорганизмов наиболее активно проявляют свою жизнедеятельность в нейтральной среде. Поэтому нейтрализация кислых и снижение значения рН щелочных почв приводит к активизации желательных для агрономической практики процессов [4].
Источник