Роль микроорганизмов в почвообразовании кратко

Обновлено: 04.07.2024

Бактерии считаются важным звеном круговорота веществ в природе. Благодаря их жизнедеятельности, отмершие частицы растений и животных перерабатываются в перегной. Вышеперечисленные компоненты представители флоры снова способны использовать для своего роста и развития.

Значение

Грунты в современном виде являются результатом упорных стараний многих сообществ бактерий. Одноклеточные на протяжении длительного времени смешивали горные породы, перерабатывали отмершую органику, соединяя ее с элементами от своей жизнедеятельности. Шаг за шагом микроорганизмы превращали дикие пустыни и скалы в земли с плодородным верхним слоем.

Бактерии – это самые древние организмы, которые могут быть как жизненно важными, так и вредоносными для растений и животных. Микроорганизмы – основные двигатели жизни на нашей планете. В состав микрофлоры грунта входят бактерии, грибы, плесень. Их роль в росте и развитии растительности переоценить довольно сложно. Почвенные бактерии регулярно осуществляют переработку животной органики и преобразуют ее в полезные минеральные компоненты.

В результате субстрат состоит из большого количества полезной органики, а также кальция, железа, азота и фосфора.

Микрофлора грунта не только обогащает ее состав, но и делает структуру лучше. Она довольно разнообразна и богата, таким образом, в 1 грамме почвы может находиться около 1 млрд бактерий. Для учета их количества используют специальные методы, а также приспособления, включая оптический микроскоп, метод посева и другие. Со временем видовой состав почвенных микроорганизмов меняется. Разновидности популяций бактерий в субстрате зависят от следующих факторов:

типа почвы;
состава субстрата;
глубины исследуемого участка земли.

Почвенные бактерии имеют вид мелких одноклеточных микроорганизмов. Они проживают в тонкой водной пленке грунта, около корней растительности. Небольшие размеры этих существ способствуют их возможности расти, функционировать и адаптироваться даже к тем условиям среды, которые быстро меняются.

Зачастую такие микроорганизмы имеют шарообразную форму тела, иногда палочковидную или изогнутую.

В грунтах также находится большое количество болезнетворных одноклеточных. Согласно исследованиям ученых, основные пути инфицирования патогенной группой простейших – это зараженные остатки живых существ. Такие микроорганизмы часто являются причиной инфицирования людей и животных такими опасными недугами, как сибирская язва, гангрена и всевозможные кишечные инфекции.

Несмотря на то что в природе встречаются патогенные бактерии, способные нанести вред человеку, эти одноклеточные приносят огромную пользу.

Участвуют в химических реакциях и процессах, повышают биологическую активность грунта.
Принимают участие в гумусообразовании, то есть создании органических веществ.
Оздоравливают почву, стимулируя ее самоочищение от патогенных организмов.
Приводят в норму сбалансированное питание растительности.
Защищают представителей флоры и стимулируют их рост на ранних стадиях.
Способствуют образованию и развитию корневой системы.
Укрепляют защитные реакции растительных организмов, а также их сопротивляемость различным инфекциям.

Обзор видов

Живущие в почве нашей планеты микроорганизмы делятся на несколько видов согласно способу питания, функциональным особенностям, среде обитания и другим особенностям. Организмы, обитающие в почве, представлены бактериями гниения, паразитами и симбионтами. При этом взаимоотношения между различными видами сапрофитов могут быть самыми разными.

Микроорганизмы, которые относятся к группе одноклеточных, образующих споры, бывают 12-ти типов. Они выделяются на основе предпочтений бактерий к среде обитания.

Например, термофилы могут существовать только в теплой среде. Под влиянием данных одноклеточных многие элементы, в частности, мочевина превращается в вещества, типичные для роста и развития растительности.

Патогенная микрофлора грунта является результатом ее загрязнения фекалиями. Такие микробы попадают в субстрат из кишечника животных или растений и тем самым способствуют процедуре гниения. Главными представителями патогенной микрофлоры считают колиформных прокариотов. После попадания в грунт эти одноклеточные существуют в ней длительное время при условии хорошего прогревания почвы и отсутствия доступа прямого солнечного света.

Колиформных бактерий относят к наиболее опасным, так как они попадают в почву из кишечника животного.

Также опасными для людей и других живых организмов считаются бактерии, что вырабатывают ферменты высокотоксичной природы.

По форме клеточных стенок

Классификация почвенных бактерий по форме клеточных стенок была основана на методах геномных исследований. По данному принципу ученые выделяют 3 типа одноклеточных:

бациллы, у которых клетка имеет стержневидную форму;
кокки имеют клетку в форме сферы;
спириллы – это спиралевидные организмы.

Также были выявлены почвенные микроорганизмы сложного типа. К таковым относят разветвленных актиномицет.

По отношению к кислороду

Согласно использованию кислорода в процессе своей жизнедеятельности, почвенные одноклеточные бывают следующих видов:

аэробные, для их существования необходим кислород;
анаэробные бактерии погибают при наличии кислорода в определенном слое грунта.

По способности окрашиваться методом Грама

Суть метода Грама – в наличии внешней оболочки, которая выполняет защитную функцию, она может пропускать или препятствовать проникновению антибиотика и красителя внутрь бактерии. Грамположительными считаются крупные виды почвенных микроорганизмов, у которых толстая оболочка, выдерживающая водный стресс.

Грамотрицательными называются мелкие бактерии, которые не проявляют устойчивости к водному стрессу.

Чаще всего в почвах встречаются следующие грамотрицательные бактерии:

псевдомонады, имеющие вид одиночных мелких организмов, что не образуют спор;
азотобактерии – большие подвижные свободноживущие палочки;
клубеньковые одноклеточные;
энтеробактерии могут быть подвижными и неподвижными, они представлены в виде кишечной флоры млекопитающих организмов, патогенных бактерий для растительности, а также жители грунта и воды;
почкующиеся организмы – нитрифицирующие бактерии;
цитофаги и миксобактерии – микроорганизмы, образующие слизь и плотные тяжи.

Грамположительные организмы представлены в грунте следующими видами:

спорообразующими;
бациллами – это палочковидные бактерии, проживающие подвижными колониями;
анаэробными крупными организмами, участвующими в гниении, сбраживании углеводов, крахмала, пектина;
коринеподобными бактериями, обитающими в почве, подстилке, мертвом и живом растительном субстрате.

По типу питания

Согласно типу питания, бактерии, живущие в почве, делят на автотрофных и гетеротрофных. Первые получают органику для своей жизнедеятельности своими силами. Гетеротрофные организмы пользуются готовой органикой.

По функциям

Микроорганизмы, находящиеся в грунте, необходимы для деструкции органики. В процессе своей деятельности одноклеточные обогащают важными соединениями почвы. Функцию фиксации азота в прикорневой системе выполняют клубеньковые бактерии.

Нитрифицирующие виды микроорганизмов используют для того, чтобы повысить плодородие грунта.

Помимо этого, согласно функциональным особенностям, выделяют следующие группы одноклеточных.

Деструкторы. Они потребляют углеводы и всевозможные органические соединения, которые представлены в виде свежей либо отмершей органики.

Мутуалисты. Эти бактерии способны сожительствовать на взаимовыгодных друг для друга условиях. Примером таких микроорганизмов являются клубеньковые бактерии.

Хемоавтотрофы способны получить энергию из неорганического вещества, в котором нет углерода.

Патогены, паразиты растительности.

Все вышеперечисленные группы почвенных бактерий играют основную роль в питании представителей флоры. Эти одноклеточные преобразуют почвенную органику, нейтрализуют пестициды, накапливают в грунте азот, предотвращают заболевание растений, а также образовывают почвенные микроагрегаты, увеличивающие влагоемкость субстрата.

Чем питаются?

Существует несколько способов получения энергии почвенными бактериями.

Среди них встречаются автотрофы – существа, которые вырабатывают вещества для своего питания собственными силами.

Некоторые представители данной группы используют в пищу соединения органической природы. Последние называются гетеротрофами и делятся на 3 группы.

Паразиты. Бактерии данного вида представляют собой микроорганизмы патогенной природы, живущие за счет иных организмов.

Симбионты. Клубеньковыми азотфиксаторами называют бактерии, которые поселяются в прикорневой системе, образуя узлы шарообразной формы. У этих бактерий продолговатая овальная или палочкообразная форма. Зачастую эти организмы взаимодействуют с горохом, чечевицей, люцерной и другими бобовыми.

Сапрофиты – это бактерии гниения. Проживают они в верхних слоях почвы и находятся в ней в огромном количестве. Результат жизнедеятельности сапрофитов – это утилизация мертвых тканей и высокая скорость разложения веществ. Бактерии проявляют особую требовательность к органике грунта. Они не могут существовать без азотсодержащих соединений, нуклеотидов, витаминов, белков и углеводов.

Бактерии проживают во всех уголках нашей планеты. В земле эти одноклеточные взаимодействуют с другими представителями микрофлоры и играют роль их хранителей, а также распространителей. Почвенные бактерии способны довольно быстро разложить неживую органику и превратить ее в качественный гумус в разных слоях почвы. Это очень важные одноклеточные, без которых круговорот веществ был бы практически невозможным.

Что такое почвенные бактерии, смотрите далее.

Роль микроорганизмов в формировании почв и почвенного плодородия необычайно сложна и разнообразна; микробы, будучи древнейшими организмами на земном шаре, существующими миллиарды лет, являются самыми древними почвообразователями, действовавшими задолго до появления высших растений и животных. Последствия жизнедеятельности микроорганизмов выходят далеко за пределы обитаемых ими почв и определяют во многом свойства осадочных пород, состав атмосферы и природных вод, геохимическую историю таких элементов, как углерод, азот, сера, фосфор, кислород, водород, кальций, калий, железо.
Микроорганизмы по свойствам полифункциональны в биохимическом отношении и способны осуществлять в биосфере и почвах такие процессы, которые недоступны растениям и животным, но которые являются существенной частью биологического круговорота энергии и веществ. Таковы процессы фиксации азота, окисления аммиака и сероводорода, восстановление сернокислых и азотнокислых солей, осаждение из раствора соединений железа и марганца. Сюда же относится микробный синтез в почве многих витаминов, энзим, аминокислот и других физиологически активных соединений.
Осуществляя эти поразительные реакции, автотрофные бактерии, подобно растениям, могут сами синтезировать органическое вещество, но не используя при этом энергию Солнца. Именно поэтому есть все основания считать, что первичный почвообразовательный процесс на Земле, осуществлялся сообществами автотрофных и гетеротрофных микроорганизмов задолго до появления зеленых растений. Следует отметить, что бактерии и грибы являются весьма сильными разрушителями первичных минералов и гарных пород, агентами так называемого биологического выветривания.
Однако главнейшей особенностью микроорганизмов является их способность доводить процессы разложения растительного и животного органического вещества до полной минерализации. Без этого звена нормальная спиралевидная цикличность биологических процессов в биосфере не могла бы существовать и сама жизнь не была бы возможной. В этом заключается глубокая принципиальная разница между ролью в биосфере микроорганизмов и ролью растений и животных. Растения синтезируют органическое вещество, животные выполняют первичное механическое и биохимическое разрушение органики и подготовку ее для будущего гумусообразования. Микроорганизмы, завершая разложение органического вещества, синтезируют почвенный гумус, а затем разрушают. Синтез физиологически активных соединений, гумусообразование и полная минерализация органических остатков — главная функция микроорганизмов в почвенных процессах и биологическом круговороте.
Микроорганизмы встречаются иногда на глубине десятков и сотен метров. Ho главная их масса сосредоточена в корнеобитаемых горизонтах почвы и особенно в верхних 10—20 см. Общий вес сырой массы различных микроорганизмов может составлять в верхнем 25-сантиметровом слое почвы до 10 т/га. Macca микроорганизмов составляет 0,5—2,5% от веса гумуса в почвах. При этом в расчете на 1 г почвы численность микроорганизмов составляет десятки и сотни миллионов экземпляров, а в ризосфере растений — десятки миллиардов. Чем выше уровень плодородия естественных почв, тем богаче и разнообразнее представлены в них микроорганизмы. Высокоплодородные культурные почвы наиболее богаты разнообразными микроорганизмами. По мере развития новых методов изучения микроорганизмов выясняется, что современные наши знания еще крайне недостаточны. По-видимому, роль, численность и функции микроорганизмов в почвообразовании значительно больше, чем мы представляем теперь.
В числе почвенных микроорганизмов имеются как представители растительного мира, так и представители животного мира (рис. 52). В микрофлоре наиболее многочисленные грибы, актиномицеты и бактерии. Водоросли распространены значительно меньше. В микрофауне преобладают амебы и жгутиковые. Реснитчатые и микронематоды в почвах также иногда встречаются в большом числе. Все больше накапливается данных о присутствии в почвах неклеточных форм микроорганизмов (бактериофаги, вирусы).

Почвенные водоросли — это одно- и многоклеточные микроорганизмы (иногда подвижные), обладающие специфическими пигментами типа хлорофилла, обеспечивающими ассимиляцию углекислоты и фотосинтез органического вещества. Водоросли в отличие от большинства остальных микроорганизмов способствуют обогащению почв органическим веществом и кислородом.
Водоросли населяют главным образом верхние освещенные горизонты почв, хотя единично могут быть встречены и на глубине до 30—50 см. В зависимости от типа пигментов различают водоросли зеленые, сине-зеленые, пурпуровые, желтые. В 1 г почвы может быть до 300 тыс. одноклеточных водорослей. Роль одноклеточных микроводорослей особенно проявляется на поверхности бесплодных глинистых почв пустынь — такыров, на солонцах, на свежих аллювиальных отложениях в мелководьях. Используя появляющуюся влагу, микроводоросли обогащают поверхность свежим органическим веществом, вызывают усиленное разрушение первичных минералов, повышают дисперсность твердой фазы. Некоторые водоросли играют существенную роль в превращениях соединений кремнезема (диатомовые) и кальция в почве, другие обладают способностью фиксировать азот.
Особенно важны в балансе почвенного азота синезеленые водоросли (Индия, Япония, Индонезия), живущие на рисовых полях и на аллювиальных почвах речных долин в тропиках. Они снабжают азотом и кислородом почвы и растения этих угодий в значительном количестве, поддерживая их плодородие. В сравнении с другими микроорганизмами значение водорослей в почвообразовании все же сравнительно ограниченное. Это объясняется тем, что суммарная величина биомассы водорослей составляет в среднем 0,5—1 т/га.

Бактерии — это наиболее многочисленные и наиболее разнообразные мельчайшие одноклеточные организмы, населяющие почвы. Размер их очень мал — 0,5—2 мк.
Бактерии вместе с водорослями, грибами и протозоа в почвах выполняют функцию гумусообразования и полной минерализации органических веществ. Описано около 50 родов и до 250 видов почвенных бактерий. В числе множества групп бактерий две-три имеют специальное значение в почвообразовании: истинные бактерии, актиномицеты и миксобактерии. Истинные бактерии подразделяются на две группы — неспоровые и споровые. В группу неспоровых входят автотрофные бактерии, которые сами синтезируют органическое вещество и поэтому могут существовать в среде, где полностью отсутствуют какие-либо формы органического вещества. Таковы бактерии, окисляющие водород (Bacterium hydrogenius), соединения углерода (Bact. methanicus), железобактерии и серобактерии, окисляющие железо и серу, бактерии-нитрификаторы, окисляющие аммиак в нитриты и последние в нитраты (табл. 29). Роль автотрофных бактерий была особенно существенной до возникновения водорослей и зеленых растений, синтезирующих органические вещества.

Вирусы, по-видимому, представляют самый малый организм, населяющий почву. Это обширная группа мельчайших и простейших организмов, стоящих на грани живого и неживого. Являясь типичными паразитами и хищниками, вирусы должны оказывать громадное влияние на бактерии, которыми они питаются (рис. 53). Известно, что патогенные микробы (например, проказы, туберкулеза) гибнут в почве. He исключено, что эти обеззараживающие свойства почв обязаны присутствию вирусов. Наблюдалось, что бактериофаги разрушают клубеньковые бактерии на корнях бобовых.

Микроорганизмы невидимы для глаза, и поэтому человек склонен недооценивать их роль в биосфере и почвообразовании. Между тем из того, что изложено выше, следует с очевидностью, что микроорганизмы являются обязательным компонентом всякого природного биогеоценоза. И трофические цепи, и экологические пирамиды, иллюстрирующие процесс разрушения биомассы и перераспределения энергии, аккумулированной в фитомассе и зоомассе каждого ландшафта, включают сложные звенья мира микроорганизмов.
В отличие от мира животных многие микроорганизмы-автотрофы при этом пополняют в какой-то мере биомассу и запасы аккумулированной энергии, удлиняя биогенный круговорот веществ биосферы в его почвенной части. Микробиомасса в почвах суши по весу составляет в абсолютных цифрах величину порядка 1*10 9 т, что в отношении к фитобиомассе равно лишь 0,0001%, однако поразительная скорость размножения и смен поколений у микроорганизмов столь велика, что геохимическое и почвенное значение деятельности микроорганизмов в биосфере является эквивалентным значению деятельности растений и, может быть, даже превышает его.

Биологический фактор очень важен в почвообразовании. Ведь сам процесс формирования почвы начинается с поселения на горной породе живых организмов. Благодаря их жизнедеятельности образуется гумус, накапливаются органические вещества , и грунт обретает плодородие.

Основную роль в почвообразовании играют следующие группы организмов:

Растения
Микроорганизмы и грибы
Животные

О них мы расскажем в этой статье.

Роль растений в почвообразовании

Растения самостоятельно создают органические вещества путем фотосинтеза и являются их основным источником в почве. От особенностей флоры во многом зависит состав почвенного покрова, его характеристики и плодородие.

По своему строению растения условно разделяются на:

Низшие (не имеют четкой дифференциации тканей)
Высшие (ткани дифференцированы)

В ботанике эти понятия считаются немного устаревшими. Но для понимания особенностей почвообразования они до сих пор используются.

Низшие растения

К низшим растениям относятся:

Роль водорослей в почвообразовании

Водоросли – это первые растения, которые поселяются на разрушенной горной породе и формируют тонкий плодородный слой. Они содержат хлорофилл и путем фотосинтеза образуют органические вещества. Водоросли выделяют щелочи , снижающие кислотность горной породы и почвы.

Эти растения бывают:

Сначала на породе поселяются одноклеточные организмы. В зрелой почве встречаются и многоклеточные водоросли, нити которых покрывают поверхность покрова, проникают в горную породу и разрушают ее.

Сине-зеленые и некоторые другие виды водорослей способны фиксировать азот. Благодаря этим растениям в почве накапливается фосфор. Они становятся источником питания бактерий, грибов и некоторых мелких беспозвоночных. Диатомовые водоросли принимают активное участие в превращении кремния и кальция.

Масса водорослей в 1 га сформировавшейся почвы – от 0,5 до 1,5 т. Чаще всего они покрывают тонкой пленкой верхний слой покрова. Особенно ярко это проявляется на поливных землях в тропической и субтропической зонах. Иногда слой водорослей там может достигать 2-8 мм. Их слизистые оболочки и нити скрепляют частицы грунта , предотвращают ветровую и водную эрозию. На скудных пустынных грунтах они играют едва ли не главную роль в накоплении органического вещества.

С микроорганизмами водоросли могут создавать симбиозы – бактерии поставляют растениям углекислый газ и питаются продуктами их жизнедеятельности. Это стимулирует развитие микрофлоры в почве, ускоряет распад органических веществ и образование гумуса.

Роль лишайников в почвообразовании

Лишайники – это специфические организмы, образованные симбиозом гриба и водоросли. Они способствуют разрушению породы и первичному накоплению мелкозема (примитивной почвы, обладающей плодородием). Днем лишайники ведут аутотрофный образ жизни благодаря фотосинтезу водоросли. Ночью эти растения гетеротрофны, используют для питания минералы и органику из субстрата.

Когда водоросль активна, лишайники выделяют в окружающую среду щелочные продукты жизнедеятельности, в период активности гриба – кислые. В результате рН за сутки меняется от 2,5 до 8,5. Это разрушающе действует на горную породу, нарушаются кристаллические связи, высвобождаются минералы, в камнях появляются трещины. Биологическому выветриванию способствуют и органические кислоты, которые выделяют растения. Гифы (нитевидные образования) гриба , входящего в состав лишайника, проникают в мелкие трещины и механически разрушают породу.

Первыми на грунте поселяются накипные (корковые) лишайники. Они плотно связаны с субстратом, отделить их от камня можно только ножом или скальпелем. После их разложения на накопившемся мелкоземе появляются листовые и кустистые лишайники, которые почти полностью покрывают породу. Под ними создаются благоприятные условия для роста водорослей, мха, сохранения тонкого слоя плодородного грунта.

После разложения лишайников образуется почва, в которой содержится до 40% гумуса. Он представлен в основном фульвокислотами, обладает кислой реакцией и низким плодородием. Лишайниковые примитивные почвы встречаются в северной тундре, на лавовых вулканических полях.

Высшие растения

Группа высших растений включает:

Деревья и кустарники
Травы
Мох

После отмирания органов высших растений образуется опад. Он поступает в грунт и разлагается до простых органических и минеральных соединений. Из опада формируется гумус, обеспечивающий плодородие почвы.

Роль деревьев и кустарников в почвообразовании

Лесная растительность составляет основную массу флоры на земле. Она представлена многолетними деревьями и кустарниками. В почвообразовании принимают участие не все части растений. Основную роль играют опавшая листва и хвоя, мелкие ветки. Из них образуется лесная подстилка, которая постепенно разлагается и превращается в гумус. Из разложившегося опада в почву возвращается около 100 кг минеральных веществ на 1 га.

Органические вещества в лесах поступают в верхние слои грунта. Испарение воды здесь замедленное. При высокой влажности и большом количестве осадков питательные вещества вымываются в нижние слои п р офиля. Поэтому лесные почвы обладают низким или средним плодородием.

Тип почвы во многом зависит от вида деревьев, которые преобладают в конкретной климатической зоне.

В северных таежных лесах растут в основном хвойные. Их опад богат восками, дубильными веществами и органическими кислотами, в нем мало азота, кальция и магния. Он разлагается медленно при участии грибов, выделяющих кислые продукты жизнедеятельности. В хвойных лесах образуются подзолистые почвы. В их гумусе преобладают фульвокислоты, его слой тонкий, с примесями кремнезема. рН подзолистых почв 4-6, плодородие у них низкое.

В смешанных лесах кроме хвои в грунт попадают листья деревьев. Они богаты основаниями, азотом, кальцием, магнием. Это способствует снижению кислотности и ощелачиванию почвы. В гумусе, наряду с фульвокислотами, содержится много гуминовых кислот, улучшающих плодородие. В смешанных лесах формируются дерново-подзолистые почвы.

Опад широколиственных лесов богаче, чем хвойных и смешанных. Он содержит много азота, кальция, фосфора. Листья разлагаются при помощи бактерий, питательные вещества лучше фиксируются в подстилке и меньше вымываются в нижние слои профиля. Слой гумуса тут толстый, состоит в основном из гуминовых кислот. В таких лесах формируются серые и бурые лесные почвы со средним и высоким плодородием.

Роль травянистых растений в почвообразовании

Травянистые растения покрывают обширные территории степей, лесостепей, саванн. В основном это однолетние или двухлетние виды, которые полностью отмирают в течение 1-3 сезонов. Источником гумуса являются корни, масса которых значительно превосходит надземную часть. Органические вещества попадают непосредственно в почву, что способствует об р азованию мощного плодородного слоя. В грунт после разложения растений возвращается около 1000 кг/га минеральных веществ.

Травяной опад быстро разлагается. В нем содержится много минералов, азота, кальция, калия и других питательных элементов. Корни трав образуют плотный дерновой слой, в котором задерживается влага. Поэтому полезные вещества не вымываются в нижние слои профиля. Основную часть гумуса составляют гуматы и гуминовые кислоты. Почва обладает нейтральной или слабощелочной реакцией, высоким плодородием. В местах с травянистой растительностью формируются черноземы.

Роль мха в почвообразовании

Мох появляется на горной породе уже на начальных этапах почвообразования, после водорослей и лишайников. Он растет на мелкоземе, созданном этими низшими растениями. После его появления на рухляке начинают интенсивно развиваться бактерии, появляются первые беспозвоночные (мелкие черви и насекомые), создаются условия для заселения трав, кустов и деревьев.

Нижняя часть стебля мха образует примитивную дернину. Она задерживает влагу и питательные вещества, формирует слой гумуса (иногда мощностью до 15-20 см). В примитивной мохово-лишайниковой почве содержится до 10-40% перегноя.

Мох хорошо впитывает воду и аккумулирует питательные вещества, прежде всего калий, кальций и серу. На втором месте среди химических элементов находятся фосфор и магний, на третьем – натрий и марганец. Немного меньше в почве закрепляются алюминий и кремний. Поскольку разложение мхов идет с участием бактерий, в гумусе много гуминовых кислот , высокое содержание азота – до 0,45-0,95% (в лесной подстилке – 0,20-0,25%).

Мох – это влаголюбивое растение. Его стебли способны впитывать воду. Поэтому мох часто растет в переувлажненных долинах и способствует их заболачиванию. Он играет одну из основных ролей в образовании торфа.

Роль микроорганизмов и грибов в почвообразовании

Микроорганизмы заселяют верхние 20 см плодородного слоя грунта. В 1 г насчитывается от 200 млн (в глинистой почве) до 1-3 млрд (в черноземах) клеток. В 1 га масса микроорганизмов составляет 1-5 т.

Основную роль в почвообразовании играют бактерии и грибы. Они превращают сложные органические вещества в более простые, способствуют образованию гумуса. Одна из важных функций микрофлоры – фиксация азота в грунте.

Микроорганизмы участвуют в разрушении минеральных веществ и горной породы.

При этом задействуются следующие механизмы:

Растворение минералов сильными кислотами, образующимися в процессе нитрификации и окисления серы
Действие органических кислот, выделяемых грибами и бактериями в процессе брожения
Взаимодействие с аминокислотами, которые выделяют бактерии
Разрушение минералов соединениями, образующимися при разложении микроорганизмами растительных остатков (полифенолами, флавоноидами, танинами и другими)
Разрушение минералов продуктами микробного синтеза (полисахаридами и другими соединениями)

Бактерии и грибы также синтезируют минеральные вещества. Процесс связан с обменом веществ и химических элементов в микроорганизмах (железа, калия, алюминия, фосфора, серы, кальция). Например, благодаря бактериям, накапливающим алюминий , образуются бокситы. Эти микроорганизмы могут обогащать почвы соединениями кальция, глиноземами, кремнеземами, железом.

Каждый вид микроорганизмов играет свою особую роль в почвообразовании. Дальше мы рассмотрим основные две группы – грибы и бактерии.

Роль грибов в почвообразовании

Грибы – это одноклеточные или многоклеточные организмы с гетеротрофным типом питания. Они разлагают лигнин, клетчатку, дубильные вещества, протеины. Во внешнюю среду грибы выделяют ферменты и кислоты, которые участвуют в разрушении минералов.

Многоклеточные грибы образуют разветвленный мицелий. Его нити пронизывают и укрепляют плодородный грунт, формируют его зернистую структуру. На начальных этапах почвообразования гифы (нитевидные образования) проникают в микротрещины породы и разрушают ее. Многие виды вступают в симбиоз с высшими растениями. От них они получают органические вещества, отдавая взамен азот и минералы. Ряд грибов паразитирует на вредителях корней (насекомых, нематодах).

Больше всего грибов в лесной подстилке. Они хорошо чувствуют себя в кислой среде. Продукты их жизнедеятельности способствуют формированию подзолистых почв.

Роль бактерий в почвообразовании

Бактерии играют едва ли не главную роль в разложении органических и минеральных веществ, синтезе вторичных минералов, образовании гумуса. Они бывают автотрофными и гетеротрофными, аэробными (нуждаются в свободном кислороде) и анаэробными (получают кислород из продуктов окисления).

Аэробное разложение проходит в верхних слоях грунта и на хорошо разрыхленной земле. Оно приводит к полному распаду органики, выделению энергии. Образуются минеральные вещества , доступные для растений.

Анаэробный распад характерен для затопленных участков, глубинных слоев грунта. Проходят брожение и неполный распад остатков растений с образованием сложных органических и минеральных соединений. Если такие процессы преобладают, образуются болотистые или глеевые почвы с кислой реакцией.

Основные функции бактерий в почве:

Фиксация азота
Этот элемент поступает в почву из воздуха и образуется после разложения белка. Главные фиксаторы азота – фотобактерии, клубневые бактерии (живут у корней бобовых растений), азотобактерии.
Нитрификация и денитрификация
Бактерии превращают аммиак в азотистую и азотную кислоту. После этого азот становится доступным для усвоения растениями. Эту функцию выполняют псевдомонады, почкующиеся бактерии.
Разложение сложных углеводов (лигнина, целлюлозы, полисахаридов)
В процессе участвуют цитофаги, спорообразующие бациллы и сахаролитические бактерии.
Разложение белков
В аэробных условиях распад белков обеспечивают энтеробактерии, в анаэробных – клостридии.
Сбраживание пуринов и пиримидинов
Этот процесс в анаэробных условиях обеспечивают пуринолитические бактерии.
Окисление органических кислот
Окисление происходит сульфатредуцирующими бактериями.
Минерализация органических веществ
Она обеспечивается артробактериями.
Распад гуминовых веществ
Сложные гуминовые вещества распадаются благодаря нокардиям.

Вся деятельность микроорганизмов сводится к тому, чтобы превратить сложные органические вещества в простые элементы, доступные для растений. Без их участия отмершие остатки не разлагались бы , образование почвы стало бы невозможным.

Роль животных в почвообразовании

Почва – это место обитания сотен видов животных, от одноклеточных амеб и инфузорий до млекопитающих. Их роль в почвообразовании хоть и не основная, но очень важная.

Всех почвенных животных условно можно разделить на 4 группы:

Микрофауна (размеры до 0,2 мм)
Группа включает одноклеточные организмы, миниатюрных насекомых, нематод, эхинококки, личинки.
Мезофауна (от 0,2 мм до 4 мм)
Сюда входят мелкие насекомые, их личинки, некоторые виды червей.
Макрофауна (от 4 мм до 80 мм)
Группа включает дождевых и других крупных червей, муравьев, жуков, термитов, моллюсков.
Мегафауна (больше 80 мм)
Сюда входят очень крупные насекомые и черви, земляные крабы, земноводные, пресмыкающиеся (змеи, ящерицы, земляные черепахи), млекопитающие (роющие норы кроты, мыши, кролики, барсуки, лисы, тушканчики, травоядные животные).

Одну из важнейших функций в почвообразовании играют дождевые черви. Эти животные питаются полуразложившейся органикой, пропуская через себя огромные массы грунта (от 50 до 400 т/га). По мнению ученых, практически весь чернозем проходит через организм дождевых червей. За год на гектаре образуется около 25 т копролитов (выделений червей).

Вместе с копролитами в почву попадают продукты жизнедеятельности червей, богатые полисахаридами, аминокислотами. Они становятся средой для обитания грибков и бактерий. Микроорганизмы разлагают органические вещества до простых химических элементов, доступных для растений.

Кроме переработки грунта, дождевые черви улучшают его структуру. Они роют многочисленные ходы, обеспечивая хорошую аэрацию. Частицы, пропущенные через кишечник, становятся липкими. Вокруг них формируются специфичные комки почвы , хорошо сохраняющие питательные вещества.

Простейшие регулируют численность бактерий, принимают участие в переработке простых органических соединений. Мелкие и крупные беспозвоночные животные, как и дождевые черви, перерабатывают сложные органические соединения, пушат грунт, обогащают его продуктами своей жизнедеятельности.

Рептилии, земноводные и млекопитающие играют меньшую роль в почвообразовании. Главную функцию выполняют грызуны, которые роют норы, перемешивают разные слои профиля, включая их в почвообразование. Животные обогащают грунт экскрементами. После смерти их тушки становятся источником протеинов, аминокислот и азотистых соединений. Травоядные не живут непосредственно в грунте, но они удобряют землю своими экскрементами, стимулируют рост корневой системы трав, съедая их верхнюю часть.

Все живые организмы в почве участвуют в непрерывном обороте органических и минеральных веществ. Это обеспечивает стабильное плодородие покрова – все находится в равновесии. Но оно нарушается при обработке почвы. Ведь с полей убирается зеленая масса растений , гербициды и пестициды уничтожают сорняки, почвенных насекомых, червей, некоторые микроорганизмы. Поэтому сельскохозяйственные земли нуждаются в постоянном внесении удобрений. Подробнее об этом вы можете узнать на нашей странице Деятельность человека как фактор почвообразования.

Живые организмы, и прежде всего растительность, играют выдающуюся роль в круговороте вещества и энергии на земной поверхности. Растительность является основным источником органического вещества в почве. Поступив в почву, отмирающие растительные остатки подвергаются разложению частично до конечных продуктов (простых соединений — углекислоты, воды и др.), частично трансформируются в специфические гумусовые вещества. В почвенном гумусе аккумулируется энергия, ассимилированная в растениях при фотосинтезе. Гумусовые кислоты оказывают многостороннее воздействие на минеральную часть почв.

Продуктивность растительных сообществ, состав органических остатков, а также направленность гумусообразования отличаются в разных гидротермических условиях. В соответствии с этим изменяются количество и качество органического вещества различных почв.

Наибольшая фитомасса природных экосистем на территории Российской Федерации характерна для лесной растительности (100–350 т/га в темнохвойных лесах и до 350–500 т/га — в широколиственных). Травяные сообщества отличаются значительно меньшей фитомассой. Луговые степи имеют фитомассу 15–30 т/га, количество это убывает к югу, составляя в сухих степях 8–15 т/га, а в полупустыне 5–10 т/га. Масса живого органического вещества в арктических тундрах находится на уровне полупустынных сообществ, а в субарктических тундрах близка к степным. Минимальная фитомасса отмечается в полярных пустынях (0,5–2,0 т/га).

Годичная продукция живой растительной массы зональных природных экосистем (табл.) наиболее высока в луговых степях (18–25 т/га) и убывает как к северу (в темнохвойных лесах 4–15, в арктических тундрах 1–3 т/га), так и к югу (в сухих степях 6–15 и в полупустыне 4–8 т/га). Самой низкой годичной продукцией отличаются полярные пустыни (0,1–0,3 т/га).

В распределении биологической продуктивности отчетливо выявляются не только зональные, но и фациальные географические закономерности. Запасы фитомассы и годичная продукция лесных экосистем уменьшаются в Западной, Средней и особенно Восточной Сибири сравнительно с экосистемами Русской равнины в связи с увеличением континентальности климата и наличием вечной мерзлоты. Они вновь несколько возрастают в притихоокеанском регионе. В степях годичная продукция наземных органов уменьшается с запада на восток.

Вместе с круговоротом органического вещества в процессе жизнедеятельности растительных организмов происходит круговорот химических элементов, избирательно захваченных растениями из атмо сферы и литосферы и заключенных в синтезированном живом веществе. Накопление и динамика азота и зольных элементов в биологическом круговороте определяются биологической продуктивностью растительных сообществ, процентным содержанием и химическим составом золы растений, слагающих ценоз. Емкость биологического круговорота или количество ежегодно вовлекаемых в него зольных веществ и азота варьируют в зависимости от зональной приуроченности сообществ, их видового состава и структуры. Так фитоценозы темнохвойных лесов ежегодно вовлекают и возвращают в почву до 100–140 кг/га азота и зольных элементов, в то время как в дубравах их количество возрастает до 250, а в луговых степях почти до 700 кг/га. Напротив, в арктических тундрах емкость биологического круговорота падает до величины менее 50 кг/га. Изменяется и тип химизма биологического круговорота. Типы растительности и типы биологического круговорота теснейшим образом связаны с типами почвообразования.

Высшие растения воздействуют на почву не только посредством отмерших органических остатков. Прижизненные выделения корней растений обогащают почву различными соединениями, воздействуют на минеральную часть, разрушая первичные и вторичные минералы. В тканях растений непосредственно образуются некоторые минералы (фитолиты), которые после отмирания попадают в почву.

Растительность оказывает влияние на физические свойства (структуру, водопроницаемость, плотность сложения и т. д.), тепловой и водный режимы почв.

География растительных сообществ в значительной степени обусловливает географию почв.

Почва является средой обитания разнообразных животных. Биомасса животных организмов составляет не более 5% фитомассы. Основная часть зоомассы (97–99%) представлена беспозвоночными животными — наиболее мелкими, но вместе с тем наиболее многочисленными представителями животного мира. Дождевые черви содержатся в почве в количестве от 200 тыс. до 5 млн экземпляров на 1 га. Мелких членистоногих, среди которых преобладают клещи и ногохвостки, насчитывается от десятков миллионов до нескольких миллиардов экземпляров на 1 га.

Значение животных для почвообразования весьма велико. Они участвуют в накоплении и разложении органических остатков, влияют на физические и химические свойства почвы, развитие процессов эрозии, структуру почвенного покрова. Почвенная фауна способствует перераспределению по поверхности и в толще почвы органических остатков, измельчению их и перемешиванию с минеральной массой почвы. Образование в почве биологических ходов и пустот повышает скважность, водопроницаемость и аэрацию почв. Велика роль дождевых червей в оструктуривании почвы. В процессе перемешивания почвенной массы животные могут смещать положение солевого максимума в почвенном профиле и изменять гранулометрический состав почвы в обитаемом слое.

Среди позвоночных животных особое значение имеют землерои. Помимо перемешивания почвы и изменения при этом ее свойств роющие животные (суслики, сурки и др.) способствуют созданию зоогенного микрорельефа, что является причиной формирования комплексности почвенного покрова.

Роль микроорганизмов в почвообразовании огромна. Они участвуют в процессах гумусообразования, осуществляя минерализацию растительных остатков, синтез перегноя и разложение органоминеральных соединений почв. Весьма существенно значение микроорганизмов в азотном балансе почвы (фиксация атмосферного азота). Под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов в почве происходят превращения соединений азота (нитрификация, денитрификация), серы, железа и марганца, лежащие в основе процессов глееобразования, ортштейнообразования, засоления. Великоучастие микроорганизмов в разрушении горных пород и новообразовании почвенных минералов.

Важнейшая основа почвообразовательного процесса – малый биологический круговорот веществ, осуществляемый в результате жизнедеятельности трех групп организмов:

Зеленые растения

Зеленым растениям принадлежит ведущая роль в почвообразовательном процессе, они извлекают из породы зольные элементы и азот, синтезируют в процессе фотосинтеза органическое вещество, которое вместе с зольными элементами через опад и отпад попадает в почву и на почву. Основной их функцией как почвообразователей следует считать биологический круговорот веществ – поступление из почвы элементов питания и воды, синтез органической массы и возврат ее в почву после завершения жизненного цикла.

Что приводит к постепенному развитию почвенного профиля и плодородия. Зеленые растения участвуют в трансформации минералов почвы – разрушении одних и синтезе других новых, в формировании сложениях всей корнеобитаемой части профиля, а также в регулировании водно-воздушного и теплового режимов.

Характер участия зеленых растений в почвообразовании различен, он зависит от типа растительности и интенсивности биологического круговорота.

Лесная растительность участвует в почвообразовании в виде опада хвои и листьев на поверхности почвы и при промывном режиме. В результате формируются низкоплодородные кислые подзолистые почвы с невысоким содержанием зольных элементов и грубого гумуса.

В широколиственных лесах в биологический круговорот поступает значительное содержание зольных элементов и азота, кроме того в таком лесу в гумусообразовании участвует травянистая растительность, в результате образуется более мягкий гумус. Формируются дерново-подзолистые, бурые лесные, серые почвы.

В травянистой растительности на лугах и в степях, богаты зольными элементами и азотом, хорошо развит дерновый процесс, сопровождающий накопление насыщенного кальцием гумуса гуматного типа. В результате образуются черноземные почвы, самые плодородные из всех почв, а на лугах – луговые, лугово-дерновые, обладающие высоким плодородием.

Для пустынь и полупустынь с эфемерным растительным покровом характерна высокая, но кратковременная биогенность почвообразовательного процесса, в результате образуются бедные гумусом почвы серо-бурые, бурые пустынные почвы.

Для моховой – лишайниковой растительности из-за низкой интенсивности биологического круговорота веществ си высокой влагоемкости мхов характерно превращение растительных мхов в торф.

Можно сделать вывод, что каждая растительная форма обладает своими особенностями и взаимодействием продуктов распада с минеральной частью почвы, что влияет на направленность почвообразовательных процессов, она служит индикатором изменений почвенных условий.

Микроорганизма

Им принадлежит главная роль в процессе гумификации и минерализации растительных остатков и гумуса, в разрушении и новообразовании почвенных минералов. Они оказывают влияние на состав почвенного воздуха, трансформация органических веществ, образование различных простых солей из компонентов минеральных и органических соединений почвы, участие в нарушении и новообразовании почвенных минералов и миграции и аккумуляции продуктов почвообразования.

Бактерии – в зависимости от способа питания разделяются на: гетеротрофные и автотрофные. Осуществляют процессы превращения органических и минеральных соединений в почвах.

Актиномицеты (лучистые грибы) – используют в качестве источника углерода разнообразные органические соединения. Они могут разлагать клетчатку, лигнин, перегнойные вещества почвы. Участвуют в образовании гумуса.

Грибы – нитевидные гетеротрофные сапрофитные микроорганизмы. Они активно участвуют в процессе минерализации и гумификации органических веществ. Их деятельность способствует образованию фульво-кислотного гумуса, способность разрушать минералы.

Многие виды грибов находятся в симбиозе с высшими растениями и способствуют снабжению растений питательными веществами.

Водоросли – содержат в своих клетках хлорофилл, выделяют в воду кислород, участвуют в процессе выветривания пород и первичном процессе почвообразования.

Лишайники – состоят из гриба и водоросли. Гриб обеспечивает водоросли водой и растворенными в ней минеральными веществами, водоросли же вырабатывают углеводы, которые использует гриб.

Симбиоз – сожительство грибов и водорослей, в результате чего образуются лишайники, или сожительство грибов с растениями.

Все группы микроорганизмов наиболее активны при реакции среды, близкой к нейтральной.

Процесс превращения веществ микроорганизмами осуществляется при участии разнообразных групп ферментов.

Группы ферменты:

Гидролаз – осуществляют гидролитическое расщепление белков, углеводов, липидов, смол, лигнина, дубильных веществ до относительно простых органических соединений.

Оксидоредуктазы - катализируют процессы окисления и восстановления органических соединений.

Микроорганизмы участвуют в процессах разложения и новообразования почвенных минералов.

Численность и активность почвенных микроорганизмов зависит от агротехники, так как различные виды обработки почвы, мелиорации, удобрения изменяя питательный режим, водные, воздушные могут оказывать отрицательное значение на их деятельность. А также не мало важным фактором, определяющим состав и численность микроорганизмов, является реакция почвенной среды. Кислые и сильнощелочные почвы неблагоприятны.

Животные

К животному миру, принимающему активное участие в жизни почвы, относятся различные представители простейших, беспозвоночных и позвоночных животных.

(Микрофауна размером менее 0,2 мм) Простейшие – к ним относятся жгутиковые, корненожки, и инфузории. По способу питания в большей степени гетротрофы. Они питаются микроорганизма, населяющими почву. Вопрос о роли простейших еще до конца не выяснен. Возможно, что простейшие поедая старые бактериальные клетки, облегчают размножение оставшимся и приводят к появлению значительного числа молодых.

(мезофауна размером от 0,2 – 0,4 мм) Беспозвоночные – дождевые черви, энхитреиды, членистоногие (клещи, ногохвостки). Они используя в пищу растительные остатки тем самым ускоряют биологический круговорот; проделывая ходы и норки, улучшают физические свойства почвы.

(Макрофауна размером 4-80 мм) Насекомые – жуки, муравьи и т.д. проделывают в почве ходы, они разрыхляют почву. Перерабатывая растительные остатки они обогащают почву гумусом.

(Мегафауна размером более 80мм) Позвоночные – грызуны. Роют в почвенной толще, перемешивая и выбрасывая на поверхность огромное количество земли. В степных районах землерои сильно перемешивают верхние горизонты с нижними, выбрасывая на верх почву нижних горизонтов, что образует своеобразный микрорельеф.

Влияние гранулометрического, минералогического, химического состава почвообразующих пород на почвообразование, агрономические свойства почв и плодородие, приёмы обработки и внесение удобрений.

Гранулометрический состав почвы оказывает сильное влияние на ее агрономические свойства. Песчаные и супесчаные почвы называют легкими. Вода сквозь них быстро просачивается, легко испаряется. Такие почвы имеют мало влаги, но много воздуха. Поверхность их быстро нагревается и остывает. Питательные вещества легко вымываются. Органические вещества быстро минерализуются. Поэтому, на почвах легкого механического состава необходимо вносить органические удобрения большими дозами, а минеральные – малыми.

Легко- и среднесуглинистые почвы – умеренно тяжелые. Они имеют сравнительно оптимальные физические свойства: хорошо связывают воду, но и достаточно насыщены воздухом. Хорошо окультуриваются. Элементов питания для нормальной жизнедеятельности растений содержат сравнительно достаточно. Их органические остатки быстро образуют гумус.

Тяжелосуглинистые, глинистые почвы – тяжелые. Они слабопроницаемы для воды и воздуха, способны удерживать много влаги, которая в значительной степени может оставаться недоступной для растений. Эти почвы часто переувлажнены, холодные. Кроме того, они сильно уплотняются, и при высыхании на их поверхности образуются трещины. Глинистые почвы содержат значительные количества элементов питания, но растения не всегда могут их использовать.

Таким образом, гранулометрический состав во многом определяет плодородие почвы; от него зависят многие важные физические и физико-химические свойства. Информация о механическом составе почвы необходима при решении многих практических вопросов. Так, она нужна при определении доз и способов внесения удобрений, извести, сроков и приемов обработки почвы, подбора сельскохозяйственных культур и почвообрабатывающей техники, глубины заделки семян и удобрений, сроков посева и др.

Механический состав почв можно улучшить путем глинования легких и пескования тяжелых. В естественных условиях с механическим составом почвы связано формирование определенных фитоценозов. Так, на песчаных местообитаниях обычно произрастает сосна, вереск, лишайники из рода кладония цетрария; из зеленых мхов – мох Шребера, Дикранум; из разнотравья – бессмертник, ястребинка волосистая, икотник серо-зеленый, эспарцет песчаный, вейники и др. Не выносят песчаных почв ель, дуб, слива, вишня и др.

В агроэкосистемах не все культурные растения одинаково реагируют на механический состав почвы. На почвах легкого механического состава неплохо удаются люпины, овес, рожь, картофель (последний на этих почвах дает клубни более высоких вкусовых качеств).

Гранулометрический состав определяет многие физические свойства и водно-воздушный режим почв, а также химические, физико-химические и биологические свойства.

Меньший диаметр частиц означает большую удельную поверхность, а это, в свою очередь — большие величиныёмкости катионного обмена, водоудерживающей способности, лучшую агрегированность, но меньшую прочность. Тяжёлые почвы могут иметь проблемы с воздухосодержанием, лёгкие — с водным режимом.

Разные фракции обычно представлены различными минералами. Так, в крупных преобладает кварц, в мелких — каолинит, монтмориллонит. По фракциям различается способность образовывать с гумусоморганоминеральные соединения.

Влияние гранулометрического состава на продуктивность растений

Продуктивность растений на почвах различного гранулометрического состава может существенно различаться, что объясняется различием в свойствах почв. Оптимальный гранулометрический состав зависит от условий влагообеспеченности и технологии возделывания. В засушливых условиях низкий запас влаги в лёгких почвах (супесях и песках) и слабый капиллярный подъём приводят к существенному снижению урожайности. В условиях хорошего и избыточного увлажнения такие почвы лучше аэрируются и растения на них чувствуют себя лучше. Низкий запас элементов питания в лёгких почвах можно легко устранить при внесении удобрений, которые имеют высокую эффективность на таких почвах вследствие малой буферности.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.007)

Читайте также: