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
Исследовательская работа “Как дождевые черви влияют на плодородие почвы”
Автор (ы)
Аффилиация
Научный руководитель
Аннотация
Актуальность темы исследования. На уроках биологии я узнала, что в результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение почвы, и даже её уничтожение. Но влияние живых организмов на улучшение почвы очень велико. К примеру, дождевые черви принимают участие в образовании перегноя, который повышает плодородие почвы. Я заинтересовалась этим вопросом и решила провести собственное исследование по изучению роли дождевых червей в улучшении структуры почвы и повышения её плодородия.
Проблема, на решение которой оно направлено: в настоящее время почвы теряют свое главное свойство – плодородие. Это связано с плохой экологией. Химические удобрения повышают урожайность почвы на короткое время, но потом она становится безжизненной. На ней плохо растут культуры. А дождевые черви действуют без побочных эффектов.
Гипотеза: Дождевые черви повышают плодородие почвы.
Цель исследования: Изучить влияние дождевых червей на плодородие почвы.
Задачи исследования:
- Собрать и изучить информацию о дождевых червях.
- Провести опыты, подтверждающие влияние дождевых червей на плодородие почв.
- Составить памятку садоводам по улучшению структуры почвы с помощью дождевых червей.
- Сделать вывод.
Методы исследования: сбор информации, опыт, наблюдение, анализ.
Новизна исследования: тема достаточно изучена, новизна актуальна для меня, моих одноклассников и людей, которые занимаются растениеводством.
Практическая значимость исследования: знания, которые я получила в результате проведения работы, мне пригодятся в дальнейшей учебе в школе, также они помогли мне составить «Памятку садоводам по улучшению структуры почвы с помощью дождевых червей».
Выводы. Я наблюдала за дождевыми червями, собирала о них информацию в разных источниках. В результате пришла к следующему выводу: влияние дождевых червей на особенности почвы многообразно. Перекапывание ими земли и прокладывание ходов делает почву более рыхлой, облегчается доступ в глубокие слои воды и воздуха, необходимых для корней растений и микроорганизмов. Переработанная червями земля приобретает мелкокомковатую структуру. Все эти процессы, происходящие в почве под влиянием дождевых червей, заметно изменяют и улучшают ее состав, структуру и свойства, а самое главное – повышают ее плодородие. Задачи, которые были поставлены в начале исследовательской работы, выполнены. Моя гипотеза подтвердилась.
Содержание работы
Автор предпочел не показывать работу на сайте
Конкурс, в котором автор работы принял участие:
Отрасль наук
Форма представления работы
Дата публикации работы: 31.01.2020
Смотреть похожие работы
В весеннее и летнее время мы проводим много времени в деревне, на даче, выращивая различные овощные и цветочные культуры. Для того чтобы вырастить хороший урожай, необходимо затратить много усилий и времени: необходимо подобрать участок, подготовить по …
Философ Гиппократ говорил, что человек рождается здоровым, а многие болезни к нему приходят через рот с пищей. Наш организм на 60% состоит из воды. Для поддержания водного равновесия мы пьем каждый день. Кто-то предпочитает кофе, кто-то чай, соки, газ …
Недавно читая басню «Стрекоза и Муравей», я задумалась. Эта басня заставила меня посмотреть на муравьев внимательнее и с уважением. Восхищает их трудолюбие, организованность, умение всё делать сообща. А мог бы муравей чему-нибудь научить меня, человека …
Когда моей маме подарили улитку ахатину, мне было просто любопытно. Раньше я никогда не видел ничего подобного и о таких огромных улитках вообще ничего не знал. Поэтому тема моей исследовательской работы актуальна, ведь поведение улиток этого вида недо …
Источник
Живая почва: чего вы не знали?
Материал подготовлен на основании авторской статьи, размещённой на сайте «Главагроном» .
Анатолий Таракановский , ученый-фитопатолог
Почва является местом обитания для большого количества микроорганизмов, таких как бактерии, нематоды, вирусы, грибы и простейшие. Микроорганизмы почвы повышают плодородие, поддерживают устойчивость экосистем.
В последние годы значительно возросло число оппортунистических грибных инфекций, и виды родов Aspergillus, Mucor, Penicillium, Rhizopus, Fusarium, Alternaria и др. становятся причиной различных инфекций у человека, что непосредственно связано с изменением фитопатогенного потенциала почвы. Mucor, например, вызывает поражение глаз людей с низким уровнем иммунитета.
Комплексный подход к здоровью почвы предполагает, что почва является живой системой, а её здоровье — результат различных процессов, оказывающих влияние на активность почвенной микробиоты и урожайность культур.
Грибы выполняют важные функции, связывая влагу, высвобождая доступные для растений формы элементов питания и подавляя возбудителей болезней. Наряду с бактериями, грибы играют важную роль в качестве биодеструкторов в пищевой цепочке. Они разлагают трудноусвояемую органику на более простые формы, которые могут использовать другие микроорганизмы в этой цепи питания. Грибы физически создают стабильные агрегаты, которые помогают увеличить водоудерживающую способность почвы, превращая субстрат в почву.
Почвенные грибы в целом делятся на три категории:
Биодеструкторы : сапрофиты, превращающие мертвый органический материал в переработанную биомассу, CO₂ и органические кислоты, спирты и фенолы. Как правило, они разлагают целлюлозу и лигнин древесины.
Патогены : паразиты, вызывают болезни растений, колонизируя корни. Вертицилл, ризоктония, фузариум и питиум ежегодно наносят серьезный вред сельскому хозяйству.
Микоризообразователи : колонизируют корни растений. В обмен на углеводы микоризные грибы поставляют растению легкодоступный фосфор и питательные вещества (азот, микроэлементы). Эктомикориза растет на поверхности корней и обычно ассоциируется с деревьями (могут образовывать единую микоризу для целого леса), а эндомикориза, растущая внутри корней, обычно формируется с травами, пропашными культурами, овощами и кустарниками. Практически у всех семейств обнаружена микориза, исключая крестоцветные.
Ключевой эффект микоризообразователей для обработки семян и рассады – улучшение укоренения, стимуляция эффективности использования питательных веществ, улучшение структуры почвы, повышение устойчивости растений к стрессам. Болезни культурных растений могут контролировать виды Glomus sp. или Trichoderma sp., подавляющие грибные патогены: виды T. asperellum, T. atroviride, T. harzianum, T. virens и Т. viride часто используются в биоконтроле, как и инокуляцию микробными консорциумами вместе с ризобактериями, способствующими росту растений, азотфиксации и доступности фосфатов.
Самый простой тест на здоровье почвы — это ткнуть в неё пальцем.
Если почва твердая или покрыта коркой, и ее трудно проткнуть пальцем, то вы, возможно, имеете дело с плохой почвой или плохо обрабатываемой почвой. Если же палец легко проникает в почву, это указывает на то, что в почве достаточно пор для аэрации и роста корней. Запах почвы также может быть показателем здоровья: почвы, которые поддерживают обильные популяции микроорганизмов, имеют характерный «грибной» запах, связанный с наличием актиномицетов.
Грибы — единственные организмы, которые могут расщеплять лигнин — соединение, которое придает древесине жёсткость. Сапрофитные грибы разлагают мёртвую древесину, возвращая органическое вещество в почву.
На следующем этапе деструкции органики за дело берутся бактерии, разрушая растительный материал до более простых соединений.
Среднее количество микроорганизмов на 1 г плодородной почвы, экз.:
- бактерии: 1х108…109;
- актиномицеты: 1х107…108;
- грибы: 1х105…106;
- водоросли: 1х104…105;
- простейшие: 1х103…104.
Отсутствие в почве дождевых червей также косвенно указывает на низкий уровень плодородия почвы, так как в этом случае в почве отсутствуют простейшие, которые являются основным источником их пищи.
Источник