Почва – среда обитания многих видов микроорганизмов и один из крупнейших резервуаров их в природе. Микробы встречаются в почвах различных поясов земли от Крайнего севера до тропиков.
Из структурных частей почвы для микробиологии особый интерес представляет ее органическое вещество – гумус, состоящий из остатков животных и растительных организмов и обитающих в почве микробов. Поверхностный слой почвы беднее микробами, так как на них вредно воздействуют факторы внешней среды: высушивание, ультрафиолетовые лучи, солнечный свет, повышенная температура и др.
Наибольшее количество микроорганизмов находится на глубине 5-15 см, меньше их на глубине 20-30 и еще меньше на глубине 30-40 см. Почвы, богатые бактериями, биологически более активны. Между плодородием почвы и содержанием в ней микроорганизмов имеется определенная зависимость. Подсчеты показали, что на каждый гектар малоплодородной почвы приходится 2,5-3,0 т микробной массы, высокоплодородной – до 16 т. Число микроорганизмов в 1 г почвы может колебаться от 1-3 х10 6 до
Наиболее богаты микрофлорой возделываемые (культурные) почвы; бедны – песчаные, горные и почвы лишенные растительности; содержание микробов в почве увеличивается с севера на юг. Цвет и запах придают определенные виды актиномицетов. К типичным почвенным бактериям относятся Bac.subtilis, Bac.mycoides, Bac.mesentericus, Cl. histolyticus, Cl.botulinum, Cl.chauvoei, а также термофильные, пигментные и другие микроорганизмы, составляющие иногда 80-90% всей микрофлоры почвы.
В ряде случаев почва представляет резервуар для некоторых патогенных микробов, попадающих с выделениями больных животных или трупами. Длительность выживаемости в почве патогенных бактерий зависит от их биологических свойств и условий среды обитания. Наиболее длительно живут спорообразующие микробы – возбудители столбняка, злокачественного отека, ботулизма; споры бацилл сибирской язвы могут сохраняться десятилетиями. При благоприятных условиях микробы в почве могут не только выживать, но и долго (недели, месяцы и даже годы) сохранять вирулентные свойства.
Для общей оценки санитарного состояния почвы основное значение имеет наличие E.coli, так как сроки выживания кишечной палочки приблизительно равны срокам выживания других патогенных представителей. С этой же целью проводят индикацию Ent.faecalis, Cl.perfringens, Bact.thermophylus.
С микроорганизмами связаны все биохимические процессы в почве. В аэробных условиях размножение доходит до полной минерализации остатков с образованием окисленных соединений простого состава, в анаэробных – образуются газообразные вещества и промежуточные продукты в виде органических кислот.
Микрофлору почвы делят на автохтонную (от лат. autochthonous – местная, коренная), которая усваивает гумусовые вещества непосредственно из почвы, и сапрофитную, или зимогенную (от лат. zimogenic – возбуждающие брожение), которая разлагает органические соединения, поступающие в почву извне. К автохтонным относятся представители родов Pseudomonas, Bacterium, Mycobacterium, Bactoderma, Clostridium, а также грибы – Penicillium, Aspergillus. В составе зимогенной микрофлоры преобладают бактерии, особенно неспорообразующие формы, родовую принадлежность которых установить довольно трудно.
В качестве эктосимбионта микроорганизмы обитают в почве, непосредственно окружающей корни растений. Участки почвы, непосредственно окружающие корни растения, вместе с поверхностью корней составляют ризосферу растения . В функциональном смысле ее можно определить как область, лежащую в пределах нескольких миллиметров от поверхности каждого корня, в которой химическая активность растения влияет на микробную популяцию. Это влияние в основном проявляется в количественном отношении: число бактерий в ризосфере обычно превышает их число в окружающей почве в 10, а часто и в несколько сотен раз. Наблюдаются также и качественные изменения. В ризосфере преобладают короткие грамотрицательные палочки, тогда как грамположительные палочковидные и кокковидные формы встречаются здесь реже, чем в остальной части почвы. Однако не установлено никаких специфических ассоциаций конкретных бактериальных видов с конкретным растением.
Причина относительного обилия бактерий в ризосфере, несомненно, кроется в том, что корни растений выделяют органические питательные вещества, которые избирательно стимулируют рост бактерий с определенными типами питания. Однако не установлено никаких четких трофических взаимосвязей, хотя многие органические продукты, выделяемые корнями растений, уже идентифицированы. Остается также неясным, извлекает ли растение какую-либо пользу из ассоциации с микроорганизмами. Однако известно, что многие свободноживущие почвенные бактерии выполняют необходимые для растений функции, такие как фиксация азота и минерализация органических соединений. Поэтому логично предположить, что некоторые растения выигрывают от тесного контакта с микроорганизмами.
Микрофлора воды
Вода – естественная среда обитания микробов. С точки зрения ветеринарной медицины имеет значение качество питьевой воды для животных, которая должна отвечать требованиям питьевой воды для человека и специально установленным требованиям. С точки зрения ветеринарной микробиологии питьевая вода для животных не должна содержать какие-либо патогенные бактерии, а количество сапрофитных микробов должно быть минимальным. Загрязненная вода представляет опасность, она может быть фактором передачи болезней.
Атмосферная, еще не сконденсировавшаяся, вода практически не содержит бактерий. В осадках (дождь, снег, град) в момент попадания на поверхность земли часто уже можно обнаружить бактерии и тем больше, чем теснее контакт осадков с частицами пыли в воздухе. При этом содержание бактерий находится в интервале от менее 10 до нескольких сотен в 1 см 3 . Осадки, попавшие с поверхности в сток, могут быть особенно обсеменены микробами на первом участке стока. Часто содержание бактерий в стоках с участков земли, используемой в сельском хозяйстве, составляет от нескольких сотен до миллиона в 1 см 3 . Осадки, попавшие с поверхности в сток, могут быть особенно обсеменены микробами на первом участке стока.
Образующиеся потоки в зависимости от наплыва воды содержат резко отличающиеся друг от друга количества бактерий. В неподвергавшихся внешнему воздействию средних и нижних слоях потоков и в бурных течениях количество бактерий снова уменьшается, так как здесь могут действовать многочисленные факторы, способствующие уменьшению содержания бактерий: разбавление водой источников с небольшим содержанием бактерий, седиментация крупных органических частиц и гибель вегетативных форм бактерий.
Факторы самоочищения тем эффективнее, чем дольше воздействие седиментации, активности других микроорганизмов, температуры, солнечного света, токсических продуктов обмена веществ, органического запаса питательных веществ, недостатка кислорода и других факторов, которые способствуют уменьшению содержания бактерий в природных и искусственных водоемах. Микрофлора водоема в естественных условиях вписывается в установившееся биологическое равновесие. Микроорганизмы играют важную роль в минерализации органических веществ в воде и, таким образом, являются важным звеном в круговороте веществ в природе. Количество автохтонных бактерий (самостоятельная, первоначально существующая микрофлора, для которой вода является естественной средой обитания) составляет от нескольких сотен до 1000 бактерий в 1 см 3 воды. Особенно большое количество бактерий находится на поверхности ила.
Различные атмосферные осадки питают подземные грунтовые воды. В результате фильтрации и адсорбции в грунте удерживаются не только проникающие бактерии, но и питательные вещества. В собственно грунтовых водах количество бактерий в 1 см 3 изменяется в интервале от менее 10-ти до нескольких сотен. Лишь изредка встречаются грунтовые воды, полностью свободные от бактерий. Доминируют здесь очень медленно размножающиеся формы, которые во многих случаях обусловливают условную стерильность воды.
Вода во всех своих формах представляет вторичный биоток, в котором в естественных условиях может устанавливаться биологическое равновесие. Чуждые бактерии (аллохтонные), которые попадают в воду из грунта, из загнивающих растений и в особенности из сточных вод в виде аллохтонных намывов, приобретают решающее гигиеническое значение при использовании воды в качестве питьевой или даже в хозяйственных целях.
К постоянно живущим в воде микроорганизмам относятся: Azotobacter,
Nitrobacter, Microccus roseus, Pseudomonas fluorescens, Bact.aquatalis, Proteus vulgaris, Spirillum и др. Кроме сапрофитов, в воде могут быть возбудители инфекционных болезней животных и человека.
Определить конкретного возбудителя сложно, поэтому санитарную оценку воды дают по наличию в ней кишечной палочки (E.coli). Кроме того, определяют бродильный титр, микробное число, коли-титр и коли-индекс воды, титр фекального стрептококка (Ent.faecalis), который является постоянным обитателем кишечника животных и человека.
Для бактериального исследования отбирают 400-500 мл воды в стерильную бутыль, которую наполняют на ¾ объема и закрывают стерильной пробкой. Из открытых водоемов пробы воды берут на глубине 10-15 мин от поверхности, а из мелких - на уровне 10-15 см от дна. Из водопровода предварительно в течение 10 мин спускают воду, обжигают кран, а затем берут пробу, пробы воды доставляют в лабораторию не позднее чем через 4 ч после взятия.
Бродильный титр - наименьший объем воды, при посеве которого в глюкозную среду обнаруживается газообразование.
Общее микробное число или количество МАФАнМ устанавливают по количеству микроорганизмов, содержащихся в 1 мл воды. Водопроводная вода считается пригодной для питья, если общее число микробов в 1 мл не более 100, сомнительной – 100-150, загрязненной - 500 микробов и более. В воде колодцев и открытых водоемов в 1 мл не должно быть более 1 тыс. микробов. Степень биологического загрязнения оценивают по коли-титру и коли-индексу. Коли-титром называется наименьший объем воды в миллилитрах или сухого вещества в граммах, в котором обнаруживается хотя бы одна кишечная палочка. Бродильный титр соответствует коли-титру в том случае, если сбраживание глюкозы вызывает E.coli, а не другие микроорганизмы.
Коли-индексом называется число кишечных палочек, обнаруженных в 1 л воды. По существующим нормативам вода считается качественной, если коли-индекс ее не более 3, а коли-титр не менее 300. Вода шахтных колодцев должна иметь коли-индекс не более 10, а коли-титр не менее 100. Для перевода коли-титра в коли-индекс 1000 делят на показатель коли-титра, а для перевода коли-индекса в коли-титр 1000 делят на число, выражающее коли-индекс.
Микрофлора воздуха
Источником контаминации воздуха микроорганизмами служат поверхность почвы, вода, организм животных и человека. Воздух является неблагоприятной средой для размножения микроорганизмов. На выживаемость микробов в воздухе влияют различные факторы. Отсутствие питательных веществ, солнечные лучи и высушивание обусловливают быструю гибель микроорганизмов в воздухе. Вследствие этого микрофлора воздуха не так обильна, как микрофлора почвы и воды.
Количественный и качественный состав микрофлоры атмосферного воздуха претерпевает значительные колебания в зависимости от сезона года, климатических и метеорологических условий, а также характера почвы, удаления от поверхности почвы и общего санитарного состояния территории. Максимальное количество микробов обнаруживают в июне-августе, а минимальное – в декабре-январе; доля спорообразующих бактерий (процентное содержание) больше в зимнее время. Ветры способствуют обогащению воздуха микробами. Атмосферные осадки (дождь, снег) при прохождении через воздушные слои растворяют и адсорбируют находящиеся в воздухе взвешенные частицы с микробными клетками. В 1 мл дождевой воды, выпадающей в больших городах, содержатся тысячи бактерий, значительное количество микроорганизмов содержит также снег.
Основную массу микробов воздуха составляют сапрофитные виды, состав которых формируется в основном за счет почвенных микробов. В естественных условиях в воздухе обнаружено около 1200 видов бактерий и актиномицетов, около 40000 видов грибов, мхов, папортников и др. В поверхностных слоях атмосферы преобладают плесени, вблизи земли преобладают бактериальные формы. Более часто из воздуха выделяют: Bac.subtilis, Bac. мegatherium, Bac.mycoides, Micrococcus candicans, M. flavus, Staphylococcus aureus, St. citreus, Sarcina alba, Torula alba, Penicillium, Aspergillus, Mucor, Actinomyces и др.
Вместе с пылью в воздух могут попадать патогенные микроорганизмы, выделяемые человеком и животными. В витающей пыли обнаруживают споры плесени и пигментные микробы, в осевшей пыли – анаэробы и споровые аэробы. Воздух имеет большое значение как фактор передачи возбудителей инфекционных болезней с воздушно-капельным механизмом передачи.
В животноводческих помещениях аэрозоли возникают при кашле, отфыркивании, быстром перемещении животных, во время раздачи кормов, особенно грубых, а также при чихании, кашле, разговоре обслуживающего персонала. Доказано, что в 1 м 3 воздуха животноводческих помещений содержится до 2 млн. микробных клеток, иногда более, в том числе патогенных. Степень обсемененности воздуха микроорганизмами зависит от вентиляции, скученности животных, вида помещений, способа содержания животных и раздачи сухих кормов. В помещениях с плохой вентиляцией число микробов в 1 м 3 воздуха в 5-6 раз больше, чем в хорошо вентилируемых помещениях.
Санитарное состояние воздуха оценивается по микробному числу – количеству микроорганизмов, обнаруженных в 1 м 3 атмосферного воздуха, а в помещениях для животных (коровниках, свинарниках, птичниках, крольчатниках) мясо- и птицекомбинатов – по микробному числу и наличию санитарно-показательных микробов.
Бактериологическое исследование воздуха осуществляется с использованием седиментационных, аспирационно-фильтрационных (сорбционных) методов, основанных на осаждении микроорганизмов из воздуха на поверхности твердых питательных сред или задержке их в жидкой среде путем сифонирования и барботажа.
Допустимые санитарно-бактериологические показатели для воздуха животноводческих помещений не должны превышать 500-1000 бактерий
Почвенный организм - любой организм, обитающий в почве на протяжении всего или определенного этапа жизненного цикла. Размеры организмов, живущих в почвы варьируются от микроскопических , перерабатывающих разлагающиеся органические материалы до мелких млекопитающих.
Все организмы в почве играют важную роль в поддержании ее плодородия, структуры, дренажа и аэрации. Они также разрушают ткани растений и животных, высвобождая накопленные питательные вещества и превращая их в формы, используемые растениями.
Есть почвенные организмы вредители, например, нематоды, симфилиды, личинки жуков, личинки мух, гусеницы, корневые тли, слизни и улитки, которые наносят серьезный ущерб сельскохозяйственным культурам. Одни вызывают гниль, другие высвобождают вещества, препятствующие росту растений, а некоторые являются хозяевами организмов, вызывающих болезни животных.
Поскольку большинство функций организмов полезны для почвы, их численность влияет на уровень плодородия. Один квадратный метр богатой почвы может содержать до 1 000 000 000 различных организмов.
Группы организмов почвы
Почвенные организмы обычно делятся на пять произвольных групп в зависимости от размера, самыми маленькими из которых являются бактерии и водоросли. Далее следует микрофауна - организмы менее 100 микрон, питающиеся другими микроорганизмами. Микрофауна включает одноклеточных простейших, некоторые виды плоских червей, нематод, коловраток и тихоходок. Мезофауна несколько крупнее и гетерогенна, в том числе существа, питающиеся микроорганизмами, разлагающимся веществом и живыми растениями. К этой категории относятся нематоды, клещи, ногохвостки, протуры и пауроподы.
Четвертая группа, макрофауна, также весьма разнообразна. Наиболее распространенным примером является молочный белый червь, который питается грибами, бактериями и разлагающимся растительным материалом. В эту группу также входят слизняки, улитки и , питающиеся растениями, жуками и их личинками, а также личинками мух.
К мегафауне относятся крупные почвенные организмы, такие как земляные черви, возможно, самые полезные существа, которые живут в верхнем слое почвы. Дождевые черви обеспечивают процессы аэрации почвы, разрушая подстилку на ее поверхности и перемещая органическое вещество вертикально от поверхности до подпочвы. Это положительно влияет на плодородие, а также развивает матричную структуру почвы для растений и других организмов. Было подсчитано, что дождевые черви полностью перерабатывают эквивалент всей почвы планеты на глубину 2,5 см каждые 10 лет. Некоторые позвоночные животные также включены в группу почвенной мегафауны; к ним относятся всевозможные роющие животные, такие как змеи, ящерицы, суслики, барсуки, кролики, зайцы, мыши и кроты.
Роль организмов почвы
Одна из наиболее важных ролей организмов почвы заключается в переработки сложных веществ разлагающейся флоры и фауны, чтобы они могли снова использоваться живыми растениями. Они выступают в качестве катализаторов в ряде природных циклов, среди которых наиболее заметными являются углеродные, азотные и серные циклы.
Углеродный цикл начинается с растений, которые используют углекислый газ из атмосферы с водой для получения растительных тканей, таких как листья, стебли и плоды. Далее питаются растениям. Цикл завершается после смерти животных и растений, когда их разлагающиеся останки съедаются почвенными организмами, тем самым высвобождая углекислый газ обратно в атмосферу.
Белки служат основным материалом органических тканей, а азот основной элемент всех белков. Наличие азота в формах, которые могут использовать растения, является основным детерминантом плодородия почв. Роль организмов почвы в азотном цикле имеет большое значение. Когда умирает растение или животное, они расщепляют сложные протеины, полипептиды и нуклеиновые кислоты в их организме и производят аммоний, ионы, нитраты и нитриты, которые растения затем используют для создания своих тканей.
Как бактерии, так и сине-зеленые водоросли могут фиксировать азот непосредственно из атмосферы, но это менее продуктивно для развития растений, чем симбиотическая связь между бактериями Ризобий и бобовыми растениями, а также некоторыми деревьями и кустарниками. В обмен на выделения от хозяина, стимулирующие их рост и размножение, микроорганизмы фиксирует азот в клубеньках корней растения-хозяина.
Почвенные организмы также участвуют в серном цикле, главным образом, путем разложения естественно обильных соединений серы в почве, чтобы этот жизненно важный элемент был доступен растениям. Запах тухлых яиц, столь распространенный в заболоченной местности, обусловлен сероводородом, производимый микроорганизмами.
Хотя организмы почвы стали менее важны в сельском хозяйстве из-за развития синтетических удобрений, они играют жизненно необходимую роль в процессе образовании гумуса для лесных массивов.
Опавшие листья деревьев не пригодны в пищу для большинства животных. После того как растворимые в воде компоненты листьев вымываются, грибы и другая микрофлора перерабатывают твердую структуру, делая мягкой и податливой для разнообразных беспозвоночных животных, которые разбивают подстилку на мульчу. Древесные вши, личинки мух, ногохвостки и дождевые черви оставляют относительно неизменный органически помет, но они создают подходящий субстрат для первичных разлагающих, которые перерабатывают его на более простые химические соединения.
Поэтому органическое вещество листьев постоянно переваривается и перерабатывается группами все более мелких организмов. В конечном итоге оставшееся гуминовое вещество может составлять всего одну четверть первоначального органического вещества подстилки. Постепенно этот гумус смешивается с почвой с помощью роющих животных (например, кроты) и под воздействием дождевых червей.
Хотя некоторые почвенные организмы могут стать вредителями, особенно когда одна и та же культура постоянно выращивается на одном поле, поощряя распространение организмов, которые питаются ее корнями. Тем не менее, они являются важным элементом процессов жизни, смерти и распада, омолаживающих окружающую среду планеты.
Почва является основным средством производства в сельском хозяйстве. Все продукты сельского хозяйства состоят из органических веществ, синтез которых происходит в растениях под воздействием, главным образом, солнечной энергии. Разложение органических остатков и синтез новых соединений, входящих в состав перегноя, протекает при воздействии ферментов, выделяемых разными ассоциациями микроорганизмов. При этом наблюдается непрерывная смена одних ассоциаций микробов другими.
Микроорганизмов в почве очень большое количество. По данным М.С. Гилярова, в каждом грамме чернозема насчитывается 2-2,5 миллиарда бактерий. Микроорганизмы не только разлагают органические остатки на более простые минеральные и органические соединения, но и активно участвуют в синтезе высокомолекулярных соединений - перегнойных кислот, которые образуют запас питательных веществ в почве. Поэтому, заботясь о повышении почвенного плодородия (а, следовательно, и о повышении урожайности), необходимо заботиться о питании микроорганизмов, создании условий для активного развития микробиологических процессов, увеличении популяции микроорганизмов в почве.
Основными поставщиками питательных веществ для растений являются аэробные микроорганизмы, которым для осуществления процессов жизнедеятельности необходим кислород. Поэтому увеличение рыхлости, водопроницаемости, аэрации при оптимальной влажности и температуре почвы обеспечивает наибольшее поступление питательных веществ к растениям, что и обуславливает их бурный рост и увеличение урожайности.
Однако растениям для нормального роста и полноценного развития необходимы не только макроэлементы, такие как калий, азот, фосфор, но и микроэлементы, например, селен, который выступает как катализатор в различных биохимических реакциях и без которого растения не в состоянии сформировать действенную иммунную систему. Поставщиками микроэлементов могут быть анаэробные микроорганизмы - это микроорганизмы, которые живут в более глубоких почвенных пластах и для которых кислород - яд. Анаэробные микроорганизмы способны по пищевым цепям «поднимать» необходимые растениям микроэлементы из глубинных слоев почвы.
В окультуренных плодородных почвах бурно развиваются не только микрофлора, но и почвенная фауна. Животные в почве представлены дождевыми червями, личинками различных почвенных насекомых и живущими в почве грызунами. Из числа микроскопической фауны черви являются наиболее активными почвообразователями. Они живут в поверхностных горизонтах почвы и питаются растительными остатками, пропуская через свой кишечный тракт большое количество органического вещества и минеральной составляющей почвы. Микроорганизмы в почве образуют сложный биоценоз, в котором различные их группы находятся между собой в сложных отношениях. Одни из них успешно сосуществуют, а другие являются антагонистами (противниками). Антагонизм их обычно проявляется в том, что одни группы микроорганизмов выделяют специфические вещества, которые тормозят или делают невозможным развитие других.
Почвы населены многочисленными представителями микроскопических существ. Мир их разделен на растительные и животные виды. Микроскопический растительный мир почвы представлен бактериями, актиномицетами, дрожжами, грибами, водорослями. Животный мир почвы составляют простейшие (протозоа), насекомые, черви и прочие. Кроме них, в почве обитают различные ультрамикроскопические существа - фаги (бактериофаги, актинофаги) и многие другие еще мало изученные виды.
Особенно широко представлены в почве гнилостные, маслянокислые и нитрифицирующие бактерии, актиномицеты и плесневые грибы.
Количество микробной флоры зависит от плодородия почв. Чем плодороднее почвы, чем больше в них перегноя, тем плотнее заселены они микроорганизмами. Накопление микроорганизмов в значительной степени зависит от количественного и качественного содержания органических веществ в свежеотмерших растительных и животных остатках и продуктах их первичного распада; вначале микробов больше, а после минерализации уменьшается.
Существенное значение в жизни микроорганизмов имеют витамины, ауксины и другие биотические вещества. Небольшие дозы их заметно ускоряют развитие и размножение клеток микробного населения.
Почва при высушивании обедняется микроорганизмами. Иногда численность их при высушивании образцов почвы уменьшается в 2-3 раза, а нередко в 5-10 раз. Наиболее стойко сохраняют жизнеспособность актиномицеты, затем микобактерии. Самый высокий процент гибели отмечается среди бактерий. Однако полного вымирания бактерий, даже в условиях длительной засухи почвы, как правило, не происходит. Даже у весьма чувствительных к высушиванию культур имеются единичные клетки, которые длительное время сохраняются в сухом состоянии.
На распределение отдельных микробов сильное влияние оказывает кислотность почвенного раствора. В почвах с нейтральной или слегка щелочной реакцией бактерий бывает значительно больше, чем в кислых, заболоченных или торфяных почвах.
Плесневые грибы лучше переносят кислую среду, чем бактерии, поэтому они обычно доминируют в кислых почвах.
Вопрос о распределении микробов в почве освещен недостаточно. Повседневные микробиологические исследования почв показывают, что клетки бактерий размещаются отдельными очагами, в каждом из которых разрастаются и концентрируются клетки одного или нескольких неантагонистических видов.
Групповой состав бактерий в разных почвах не одинаков. Из бактерий в почве преобладают формы, не образующие спор. Спороносные бактерии составляют около 10-20%.
В почве в больших количествах обитают также актиномицеты, грибы, водоросли и простейшие. Грибов и актиномицетов в 1 г почвы насчитывается десятки и сотни тысяч, а нередко миллионы. Общая масса водорослей, по мнению исследователей, немногим уступает общей массе бактерий.
Простейшие и насекомые на гектар пахотного слоя составляют массу, равную 2-3 т. Вся эта масса живых существ находится в непрерывном развитии. Отдельные клетки - особи растут, размножаются, стареют и погибают. Происходит непрерывная смена и обновление всей живой массы. Вся бактериальная масса, по самым скромным подсчетам, регенерируется за лето в южной полосе 14-18 раз. Таким образом, общая бактериальная продукция пахотного горизонта почвы за вегетационный период определяется десятками тонн живой массы.
Самый верхний слой почвы беден микрофлорой, потому что находится под непосредственным влиянием вредно действующих на нее факторов: высушивание, ультрафиолетовые лучи солнечного света, повышенная температура и прочее. Наибольшее количество микроорганизмов располагается в почве на глубине 5-15 см, меньше - в слое 20-30 см и еще меньше - в подпочвенном горизонте 30-40 см. Глубже могут существовать лишь анаэробные формы микробов.
Влияние обработки почвы на интенсивность микробиологических процессов. Вспашка, культивация, боронование значительно стимулируют развитие микрофлоры. Это связано с улучшением водно-воздушного режима почв.
Наиболее благоприятные условия при обработке создаются для аэробных микробов, в результате чего весной уже через 8-20 дней после обработки численность микрофлоры возрастает в 5-10 раз .
Разные приемы обработки почвы действуют неодинаково на микробы и мобилизацию питательных веществ в пахотном слое. Поверхностное рыхление подмосковных подзолистых почв усиливает развитие микроскопических существ, только в самом верхнем слое почвы сапрофитных бактерий в этом слое в 3-4 раза больше, чем в других. Послойное рыхление без оборота пласта активировало микрофлору незначительно. При рыхлении с оборотом пласта почти в 3 раза возросла численность микроорганизмов в нижнем слое, попадающем наверх. Даже в среднем слое, остающемся при такой обработке на месте, содержание микробов явно увеличивается. Аналогичные изменения наблюдались и в развитии нитрифицирующих бактерий. Эти данные показывают, что положительный эффект от оборота пласта в основном объясняется интенсивной минерализацией в нижней его части органических веществ.
В условиях орошаемого земледелия глубина и способ обработки заметно увеличивают количество полезных микроорганизмов как в поверхностных, так и в нижних слоях почвы. При глубокой вспашке наверх выворачивается малоплодородный, бедный микроорганизмами слой почвы, количество микробов в горизонте 0-20 было больше, чем при пахоте на глубину 20 см. . Это можно объяснить положительным влиянием удобрений, орошения и другими факторами.
В связи с тем, что превращения органических веществ в почве тесно связаны с деятельностью микроорганизмов, в слоях, где возросло их количество, увеличилось и содержание растворимых питательных веществ, включая нитраты. Существенно значение обработки почвы и в какой степени зависит от этого активность отдельных групп микроорганизмов, участвующих в мобилизации питательных веществ для растений. Однако беспрерывная обработка почвы без периодического внесения органических удобрений снижает содержание гумуса.
Чтобы количество гумуса в почве находилось на достаточном уровне, необходимо систематически вносить органические удобрения, которые повышают общую численность в почве не только бактерий, но и актиномицетов и плесневых грибов. Этим создаются благоприятные условия для развития всех групп почвенных микроорганизмов. Повышение общей активности микрофлоры обусловливается как количеством в почве энергетических или питательных веществ, так и внесением перегноя, торфа, навоза, которые усиливают аэрацию и повышают влагоудерживающую способность почвы, делая ее более структурной. Применение минеральных удобрений на почвах, богатых органическим веществом, оказывает стимулирующее действие на микрофлору. Питательные элементы, входящие в минеральные удобрения, обеспечивают возможность расщепления органических веществ и, следовательно, вызывают интенсивное размножение микробов.
Механизм действия минеральных удобрений на микрофлору в почве многогранен. Из повышающих факторов главными являются такие:
- 1. Изменение физических свойств почвы, оказывающих благоприятное влияние на размножение микробов.
- 2. Изменение реакции (рН) почвы в сторону нейтральной или слабощелочной.
- 3. Минеральные удобрения в значительной степени усиливают развитие растений, что, в свою очередь, оказывает стимулирующее действие на микрофлору: более интенсивно растут корни, а, следовательно, и количество ризосферных организмов быстро увеличивается.
Различные факторы внешней среды, стимулирующие или ограничивающие развитие микроорганизмов, оказывают непосредственное влияние и на содержание гумуса в почве. К этим факторам можно отнести температуру, аэрацию, влажность почвы, кислотность и др. Оптимальными условиями для разложения органических остатков является температура 30-35° С и влажность 70-80% предельной полевой влагоемкости. Но эти условия в то же время максимально благоприятны и для минерализации гумуса. Для сохранения перегноя необходимы рациональная обработка почвы и регулярное возобновление запасов органических веществ внесением навоза, торфа, сидератов и т. п. Способствует этому также применение минеральных удобрений.
Гумус повышает количество водопрочных агрегатов почвы, что способствует хорошей водопроницаемости, экономному расходу воды, улучшает аэрацию и создает благоприятный биологический режим в структурной почве, гармонически сочетает аэробный процесс с анаэробным. Перегной служит источником энергии для микроорганизмов и одновременно делает почву более благоприятной для развития растений. Он, постепенно и медленно разлагаясь под действием почвенных микроорганизмов, является источником усвояемых питательных веществ для растений. Учитывая его многогранное влияние на почву, можно сказать, что основные свойства ее, включая плодородие, определяются гумусом.
Почва богато заселена микроорганизмами, которые в ней живут, размножаются и погибают.
Численность микроорганизмов наиболее велика в поверхностных слоях почвы, хотя в различных почвенно-климатических условиях она несколько отличается. В зонах с низкими температурами количество микроорганизмов незначительно и возрастает в умеренных, субтропических и тропических зонах. В почвах, богатых органическим веществом, микроорганизмов больше, чем в бедных гумусом почвах.
Из всех природных сред почва является наиболее благоприятной для развития микроорганизмов. В ней всегда имеются необходимые питательные вещества, влага, кислород; она хорошо защищает микробы от губительного воздействия прямых солнечных лучей и от высыхания.
Разные типы почв отличаются химическим составом, структурой, содержанием влаги и воздуха, реакцией среды. Поэтому состав и количество обитающих в них микроорганизмов не одинаковы. На состав и количество микроорганизмов в почве влияют также климатические условия, время года, растительный покров и другие условия. В поверхностном слое почвы (исключая самый верхний тонкий слой) на глубине 1-2 см содержится микроорганизмов в 10-20 раз больше, чем на глубине 25 см.
В верхних слоях, богатых растительными и животными остатками и хорошо снабженных воздухом, преобладают аэробные микроорганизмы, способные разлагать сложные органические соединения. В более глубоких почвенных слоях меньше органических соединений и воздуха, в результате чего там преобладают анаэробные бактерии.
Из почвы микроорганизмы попадают на растения. На поверхности растений и цветов имеются углеводы и другие органические соединения, там часто обитают молочнокислые бактерии.
Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов зависят от среды их обитания. Чем благоприятнее условия жизни, тем интенсивнее развиваются микроорганизмы, и наоборот, чем условия менее благоприятны, тем медленнее происходит их развитие.
Знание основных условий взаимодействия между средой и микроорганизмами позволяет разработать мероприятия по успешной борьбе с ним или по эффективному использованию микроорганизмов в производственных процессах. Регулируя условия внешней среды, можно не только управлять жизнедеятельностью микроорганизмов, но и вызвать у них желаемые изменения, получить новые, более полезные формы микроорганизмов.
На развитие микроорганизмов влияют физические, химические и биологические факторы.
В почве обитают самые различные микроорганизмы. Особенно широко распространены в ней гнилостные, маслянокислые бактерии, грибы и др. В почве могут содержаться также болезнетворные микроорганизмы - возбудители бруцеллеза, столбняка, сибирской язвы, ботулизма и др. Поэтому почвенные загрязнения молочных продуктов непосредственно или через воду представляют большую опасность.
Наиболее распространены бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, низшие водоросли, простейшие, вирусы и т. д. В настоящее время хорошо изучены бактерии, актиномицеты и грибы, т. е. виды, которые принимают активное участие в почвообразовательном процессе и в круговороте веществ.
Исключительно важная роль микроорганизмов заключается в глубоком и полном разрушении органических веществ.
Особенность почвенных микроорганизмов состоит в их способности разлагать сложнейшие высокомолекулярные соединения до простых конечных продуктов: газов (углекислый газ, аммиак и др.), воды и простых минеральных соединений. Каждому типу почв, каждой почвенной разности свойственно свое, специфическое профильное распределение микроорганизмов. При этом численность микроорганизмов и их видовой состав отражают важнейшие свойства почвы: запасы органического вещества, количество и качество гумуса, содержание питательных элементов, реакцию, влагообеспеченность, степень аэрированности.
Микроорганизмы принимают самое активное участие в следующих процессах:
1. гумусообразование;
2. разрушение и новообразование почвенных минералов;
3. превращение азотсодержащих соединений (нитрификация), серы, железа и марганца (глееобразование, засоление);
4. дыхание почвы.
Основная масса микроорганизмов сосредоточена в верхней части почвенного профиля в слое 0-20 см. Наиболее высокая микробиологическая деятельность наблюдается при температуре 25-35 °С и влажности, составляющей 60 % полной влагоемкости. Вся почвенная микрофлора наиболее активна при реакции среды, близкой 4 нейтральной.
Биомасса грибов и бактерий достигает 5 т/га. В 1 г почвы численность бактерий достигает миллиардов клеток. По выражению В. И. Вернадского, «почва пропитана жизнью». Микроорганизмы в сутки могут давать несколько поколений.
Бактерии могут быть автотрофными и гетеротрофными. Большая часть бактерий принадлежит к гетеротрофным организмам. Им для существования необходимо готовое органическое вещество. Бактерии-автотрофы встречаются реже. В качестве источника энергии они используют процессы окисления простых химических соединений: аммиака, сероводорода, оксида углерода. Некоторые бактерии способны окислять оксид железа.
По отношению к кислороду бактерии разделяются на две группы: аэробные и анаэробные. Первым для существования необходим кислород, вторым кислорода не требуется. Бактерии активно участвуют в трансформации органических веществ во всех почвах. Они способны разлагать почти все органические соединения. Эти микроорганизмы с помощью своих экзоферментов активно используют белок, простые сахара, крахмал, органические кислоты, спирты, альдегиды, разлагают клетчатку и углеводы с большой скоростью. Большинство бактерий предпочитает реакцию среды, близкую к нейтральной.
Актиномицеты активно участвуют в разложении органического вещества. Они могут использовать любые углеводы, в том числе активно разрушают маннаны, ксиланы, пектиновые вещества, целлюлозу, каротин, хитин, могут разрывать длинные цепи жирных кислот и углеводородов. Актиномицеты - многочисленная группа микроорганизмов, но менее конкурентоспособная, чем бактерии и грибы. Они существуют в почве длительное время как покоящиеся споры и растут тогда, когда появляются доступная пища, необходимые температура (5-10°С) и влажность. Особенно большую роль они играют в трансформации органического вещества чернозёмов. Актиномицеты наиболее активны в почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией.
Грибы обладают большим спектром ферментов, дающих им возможность разрушать трудноразлагаемые органические соединения, но, как правило, с меньшей скоростью, чем бактерии. В то же время разложение ароматических соединений грибы ведут активнее, чем бактерии; расщепление лигнина и танинов в природе происходит преимущественно под их воздействием. Грибы осуществляют и разложение гумуса. Опад хвойных пород, бедный основаниями и азотом, разлагается в основном грибами.
Активная деятельность грибов способствует образованию различных кислотных соединений (лимонной, уксусной и других кислот), а также фульватного гумуса, что увеличивает почвенную кислотность и приводит к преобразованию и разрушению минералов.
Грибы являются преимущественно аэробными организмами наиболее благоприятная реакция среды для грибов - кислая. Соотношение грибов и бактерий зависит от химического состава растительного опада, реакции среды и увлажненности.
Почвообитающие водоросли участвуют в создании органического вещества почв за счет углекислого газа воздуха и солнечной энергии. Клетки водорослей активно поедаются амебами, инфузориями, клещами, нематодами. Прижизненные выделения водорослей, как и других микроорганизмов, становятся пищей грибов и бактерий. Водоросли выделяют биологически активные вещества. Водорослей больше под травянистой растительностью и меньше в хвойном лесу.
С деятельностью микроорганизмов тесно связаны формирование; и динамика биохимического, питательного, окислительно-восстановительного, воздушного режимов почв, их кислотно-щелочных условий. Количество микроорганизмов в почвах увеличивается с севера на юг от 300-600 млн клеток на 1 г почвы (подзолистые почвы) до 2 500-3 000 млн (чернозём).
Основная часть экологических функций почвы осуществляется; при непосредственном участии почвенных животных и микроорганизмов. Они участвуют в процессах разложения и синтеза поступающих в почву органических остатков. Процессы синтеза и разрушения биомассы являются непрерывными и циклическими. Ежегодно образуется и разрушается с участием почвенных организмов до 55 млрд т растительного органического вещества, из которых около 90 % переходит в газовую фазу, а остальное - в промежуточные органические соединения и гумус. В результате этого глобального процесса образуется гумосфера - очень тонкая, почвенная оболочка Земли, своеобразная «кожа» планеты.
Исторически почвенные микроорганизмы в процессе метаболизма участвовали в формировании газового состава атмосферы. Кислород, азот и углекислый газ многократно прошли через живое вещество почвы.
Не менее значительна роль микроорганизмов в деструкции и; новообразовании минералов. Они мобилизуют многие элементы, входящие в состав минералов (Fe, Mn, S, Са, Р, Аl), которые переходят в подвижное состояние и вовлекаются в почвообразование. Прямое воздействие на минеральную часть почвы заключается ферментативном окислении и редукции минералов, содержащих элементы переменной валентности. С микроорганизмами связано образование железисто-марганцевых конкреций и восстановление! оксидных соединений железа - процесс оглеения.
Похожая информация.
Микроорганизмы в почве
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. Глобальной является роль микроорганизмов в пополнении биосферы, в том числе грунтов, азотом, мобилизации фосфора из органических и труднорастворимых неорганических соединений. Важным, однако недостаточно исследованным, является участие микроорганизмов в мобилизации калия в агроэкосистемах.
Почва представляет собой биоорганоминеральную систему, обеспечивающую рост культурных растений и, таким образом, необходимые для существования всего живого условия. Одним из основных факторов процесса почвообразования есть функционирование почвенной микрофлоры, содержание которой в 1 г по данным Е.М. Мишустина, достигает миллиардов клеток. Этой микрофлоре свойственна чрезвычайно высокое разнообразие видового состава.
По мнению Р. Тейта, в 1г почвы содержится около 4000 видов микроорганизмов.
Однако, основное их количество не способно расти на питательных средах, которые используют на сегодня для культивирования микроорганизмов. Их природной средой жизнедеятельности может быть организм человека или животного, водные или морские экосистемы, термальные источники, продукты питания и т.д.. Следует отметить, что численность культурабельных клеток в почве может меняться в зависимости от стадии сукцессии экосистемы и, по данным этих исследователей, отношение культурабельных клеток к их общему количеству в ризосфере снижалось от 0,25 до 0,05 в течение первых 30-50 дней выращивания растений. Суммарная масса прокариотных организмов на Земле примерно соответствует биомассе эукариотов.
Среди микрофлоры почвы встречаются представители почти всех видов микроорганизмов, описанных в определителе Берджи. и грибы являются наиболее распространенными и экологически важными фитосимбионтами. Однако другие представители естественных экосистем играют важную роль в их функционировании. Так, было показано, что исключение беспозвоночных из состава биоценоза опада дубового леса в 2-5 раз замедляло его разложения микробного ценоза.
Масса микроорганизмов почвы достигает десятых долей процента от его общей массы. От 0,1 до 1,0% органического вещества почвы представлено клетками различных видов микроорганизмов. Согласно данным болгарских ученых, масса бактерий и микроскопических грибов в луговых экосистемах достигает нескольких тонн на гектар. Максимальная ее количество наблюдалось в осенний период, что авторы связывают с поступлением в почву в это время растительных остатков. Содержание углерода микробной массы составляет от 2 до 10% его общего содержания в тропических почвах и является выше по сравнению с почвами умеренных широт на 1-4%.
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, а весной и в осенний период - бактерии, численность которых летом значительно снижается.
Увлажнение почвы заметно влияет на состояние микробного ценоза в таких зонах.
Обычно, активизация деятельности микрофлоры почвы происходит в весенний период года.
Функционирования почвенной микрофлоры является одним из важных факторов, способствующих структуризирования 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.
Роль микроорганизмов в трансформации растительных остатков в почвах и формировании гумуса
Микроорганизмы являются чрезвычайно важным фактором формирования плодородия почвы.
Наличие в грунтовых экосистемах самых разнообразных групп микроорганизмов, которые отличаются по биологической и биохимической специфичностью, приводит огромное их значение в процессах, происходящих в почве. Количественный состав и соотношение отдельных представителей в микробном ценозе почвы значительно зависит от способа обработки почвы, поступления в почву растительных остатков, которые в первую очередь трансформируются под влиянием неспоровых бактерий и микроскопических грибов, а на поздних стадиях этого процесса - бацилл и актиномицетов. Микроорганизмы, «питающихся различными органическими веществами и активность которых связана с поступлением этих веществ в почву» С.М. Виноградский назвал зимогенной микрофлорой, тогда как микроорганизмы, разлагающие гумусовые соединения, он отнес к автохтонной микрофлоры.
Значительное влияние на распространение в почве тех или иных групп микроорганизмов вызывают корневые выделения растений.
Согласно имеющимся данным корневые выделения составляют около 20% от общего количества продуктов фотосинтеза растений. В состав корневых выделений входят углеводы, органические кислоты, аминокислоты, пептиды, алкалоиды, гликозиды, витамины, вещества фенольной природы и т.п.. Среди органических кислот определено яблочную, янтарную, винную, лимонную, фумаровую, щавелевую и другие кислоты.
Показано, что состав корневых экзометаболитив зависит от условий и стадии развития растений. Так, в составе выделений двухсуточных ростков семян томатов преимущественно определялась щавелевая кислота, содержание которой достигало 296 нг в расчете на семя, что составляло 48,9% от общего количества исследуемых органических кислот. В меньших количествах определялись пировиноградная (18,6%), кетоглутаровая (17,3%) и молочная (12,7%) кислоты. После 4 суток проращивания семян в составе экзометаболитов преобладала лимонная кислота, которая вообще не оказывалась после двухсуточного проращивания семян, ее содержимое достигало 2060 нг на 1 семечко, что составляло 53,7% от общего количества органических кислот в этих выделениях. Содержание щавелевой, молочной и пировиноградной кислот достигало соответственно 16,6, 12,3 и 7,6%. В выделениях 14-суточных ростков содержание лимонной кислоты достигало 13630 нг на растение и составил 55% от общего количества органических кислот. Доля щавелевой, яблочной и молочной кислот составляла соответственно 5,7,15,3 и 10,0% от общего количества органических кислот.
Различия в количественном и качественном составе корневых выделений и в трофических потребностях микроорганизмов вызывают значительное влияние на рост в зоне корня представителей микрофлоры разных таксономических групп, а также их антагонистическую активность. Так, при наличии в среде глюкозы Pseudmonas chlororaphis SPB 1217 характеризовался антифунгальной активностью к грибам Fuzarium oxisporum. Зона подавления роста грибов достигала 13 мм. Однако, во время культивирования при тех же условиях другого вида этих бактерий, антифунгальной активности не обнаружено. В среде с целобиозою, наоборот, зона подавления роста гриба бактериями Р. fluorescens SPB 2137 становила 30 мм, а Р. chlororaphis SPB 1217 -12 мм.
Корневые выделения является пищевым субстратом для других компонентов биоценоза почвы, в первую очередь, микроорганизмам, которые интенсивно размножаются в корневой зоне растений, особенно в той части, которая непосредственно прилегает к поверхности корней в радиусе от него не более 2 мм-ризосфере .
Растений является динамичной средой, в которой действует много факторов, которые определяют структуру и состав микробных сообществ, колонизируют ризосферу и ризоплану растений. Исследования структуры и состава этих группировок является фундаментальной задачей для понимания того, как влияют на биологические процессы почвы факторы окружающей среды и практика растениеводства.
Известно, что состав микрофлоры ризосферы различных растений существенно отличается. К тому же, эти различия являются существенными, если сравнить микробные ценозы объема почвы и ризосферы. Кроме того, микрофлора поверхности корня (ризоплана) в определенной степени также отличается от микробного ценоза ризосферы. В ризоплане преобладают грамотрицательные бактерии. Непосредственно на корнях растений оказывается меньшее количество микроорганизмов, чем в прикорневой зоне.
Это может быть обусловлено тем, что корни выделяют не только питательные для микроорганизмов вещества, но и продуцируют , которые ингибируют развитие микроорганизмов в ризоплане.
В зоне молодых корней размножаются преимущественно неспоровые бактерии и микроскопические грибы, тогда как бациллы распространены слабо, так как эти бактерии плохо потребляют простые органические соединения, которые выделяются в таких зонах корня.
Микрофлора ризосферы изменяется в зависимости от вида и стадии развития растений. Показано, что среди культурабельных бактерий ризосферы сахарной свеклы около 9% составляли представители рода Мicrobacterium. В ризосфере кукурузы доминировали бактерии родов Рseudomonas и Еnterobacter. Среди микроорганизмов, которые способны растворять минеральные фосфаты, наиболее широко были представлены роды Penicillium и Streptomyces. В неризосферной почве доминировали бактерии рода Bacillus.
Однако, было показано, что бактериальное разнообразие, как правило, ниже в ризосфере, чем в общем объеме почвы. Методами молекулярной биологии при анализе увлажненных образцов грунта было установлено, что в слое почвы, который не содержит кислорода, доминирующими видами бактерий были представители родов Bacillus и Сlostridium, тогда как в слое почвы, насыщенной кислородом, доминировали представители протеобактерий.
Основным геохимическим циклом почвы является обращение углерода, составляющими которого являются синтез фототрофных организмов органического вещества из углекислого газа и ее трансформация в простых соединений. Под влиянием внесения растительных остатков в почве наблюдается вспышка количества различных групп микроорганизмов и повышения их биохимической активности. Наиболее распространенной углеродсодержаще соединение в природе является .
Ее содержание в сухой массе растений составляет от 40 до 70%. В естественных условиях трансформация целлюлозы осуществляется при участии групп микроорганизмов. Значительная роль в этом процессе принадлежит грибам, в том числе сапротрофным представителям родов Тrichderma, Сhaetomium, Dicoccum, Stachybotrys, Реnicillium и Аspergillus, а также незаконченным грибам Alternaria и Fumago.
В одной молекуле целлюлозы содержится до 14 тыс. молекул В-D-глюкозы. Кроме того, в ходе деструкции целлюлозных остатков в почве образуются разнообразные соединения: органические кислоты, альдегиды, аминокислоты, спирты и другие биологически активные вещества. Вещества, образующиеся при разложения растительных материалов, потребляемых другими представителями биоценоза почвы.
После внесения растительных материалов в почву содержание в нем целлюлозоразрушители микроорганизмов рос от нескольких десятков тысяч до десятков миллионов на 1г сырого вещества.
Микроорганизмы почвы способны выделять вещества, стимулирующие рост и развитие фитобионтов. Синтез ними в корневой зоне витаминов (тиамина, витамина В 12 , пиридоксина, риоофлавину, пантотеновой кислоты и др.), а также фитогормонов (гиббереллины, гетероауксина и других) положительно влияет на развитие растений.
Кроме того, микроорганизмы могут быть источником накопления в почве токсичных веществ. Ведущая роль в этом принадлежит представителям родов Bacillus и Рseudomonas. Наиболее заметное фитотоксичное влияние вызывали B.amilosina, В. brevis i Рseudomonas fluorescens и некоторые другие. Главным фактором, определяющим возможность синтеза фитотоксичных веществ, является внесение в почву растительных остатков или некоторых углеводов.
Было показано, что почву можно искусственно обогатить микроорганизмами-антагонистами путем внесения перегноя.
При этом в почве повышается количество микроорганизмов-антагонистов, относящихся к бактериям, актиномицетов, микроскопических грибов рода Тrichoderma, в то же время численность фитопатогенных грибов рода Неlminthosporium заметно снижается. В случае сева пшеницы после Кукурузы в ее корневой зоне повышается количество микромицетов родов Penicillium и Aspergillus. Таким образом, состав микробного ценоза почвы, содержание в нем как полезной, так и фитопатогенной и фитотоксичного для культурных растений микрофлоры зависит от ряда факторов: вида выращиваемой культурного растения, характера обработки, физико-химических его свойств.
Одним из определяющих факторов плодородия почвы является содержание гумуса. Он формируется на основе органических веществ, поступающих в почву за счет фотосинтезирующей деятельности растений, водорослей, хемо-и автотрофных микроорганизмов. Согласно существующим данным в среднем 80-90% органического вещества почвы минерализуется и только 10-20% участвует в формировании гумуса. Гумус играет интегральную роль в плодородии почв. Его содержания в почвах зависит от многих факторов, среди которых важная роль принадлежит гранулометрическому составу, гидроморфизму и их карбонатность.
Важная роль в образовании гумуса и его минерализации принадлежит грунтовой микрофлоре.
Интенсивность микробной трансформации органических веществ в почвах повышается в направлении от северных до южных регионов. В почвах южных регионов повышается относительное содержание целлюлозоразрушителей бактерий по сравнению с грибами. Несмотря на снижение содержания микромицетов в почвах южных регионов, их видовое разнообразие растет.
В почвах северных регионов, где медленно происходят процессы минерализации, наиболее широко представлены грибы рода Рenicillium. На юге наблюдается повышение содержания представителей рода Aspergillus. Грибы двух родов составляют более 70% микромицетов ряда типов грунтов. Почвы северных регионов значительно беднее содержанием споровых бактерий и актиномицетов по сравнению с южными. Эти микроорганизмы размножаются на поздних стадиях разложения растительных остатков. В почвах, где происходят интенсивные процессы минерализации, широко распространены споровые бактерии, способные усваивать как органический, так и минеральный азот. Напротив, в грунтах, где процессы минерализации органических соединений протекают медленно, превалируют спорообразовальные бактерии, потребляющие органические формы азота. Исследуя молекулярно-биологическими методами структуру бактериальной сообщества ряд образцов почвы, было установлено, что подобные типы грунтов характеризуются подобной структурой доминантных видов бактерий.
Следует отметить, что, несмотря на значительное внимание исследователей к многообразию и функционирования биоценозов почвы, в литературе недостаточно освещены вопросы о закономерностях изменений их состава в зависимости от условий окружающей среды. Однако известно, что за действия на микробный ценоз стрессового фактора, который вызывает влияние на отдельные эколого-трофичные группы микроорганизмов, наблюдается наиболее заметное развитие определенных групп бактерий и обеднение видового разнообразия группировки. Так, в случае инкубирования почвы в метановоздушной атмосфере повышалась его метаноокислительная активность и количество метанотрофных бактерий, тогда как уровень микробной разнообразия заметно снижался.
Количественный состав микрофлоры почвы не всегда является показателем ее плодородия. При определенных условиях в результате интенсивного развития микроорганизмов минеральные формы основных биогенных элементов почвы могут потребляться микробными клетками и переходить в их состав. Подобный процесс происходит в почве после внесения значительного количества соломы. При этом: наблюдается интенсивное развитие целлюлозоразрушительных микроорганизмов и представителей других эколого-трофических груп, что сопровождается снижением содержания в почве минеральных форм азота и его накоплением в микробных клетках (иммобилизация). В этих условиях микроорганизмы могут быть конкурентами растений в процессе потребления азота. Однако, это явление носит временный характер .
