Soil-Cut-C4


Основы – Микроорганизмы в почве 

 

Большая часть всех микроорганизмов планеты Земля живет в почве.  Вообще, микроорганизмы живут везде – их можно встретить в любых уголках нашей планеты, от глубин океанов до верхних слоев атмосферы.  Но везде их разное количество. 

Например, в воздушной среде, в зависимости от чистоты или запыленности воздуха, можно найти от буквально единиц до сотен или тысяч клеток бактерий в одном кубическом метре.  В водной среде – в реках, озерах, морях – их численность намного выше – мы можем найти там миллионы клеток бактерий в кубическом сантиметре.  В почве численность микроорганизмов на порядки выше.  В ней мы находим не миллионы, а миллиарды клеток бактерий в кубическом сантиметре. 

Помимо бактерий, почва пронизана мицелиями грибов.  Там обитают одноклеточные грибки (дрожжи).  Там живут простейшие, такие как амебы и инфузории.  Часто к микроорганизмам относят и многоклеточных животных, таких как нематоды, коловратки, и другие мелкие животные.  В почве живет огромнейшее разнообразие членистоногих, таких как клещи и насекомые.  В результате, хотя почва занимает меньшую часть нашей планеты, и мощность (толщина слоя) ее не велика, редко превышая десятки сантиметров, тем не менее почва является самым большим депозитарием биологического разнообразия на планете Земля. 

Почему численность микроорганизмов в почве настолько высока?  По нескольким причинам.  Во-первых, из-за того, что из себя почва представляет в физическом смысле.  Твердая часть почвы представляет собой агрегаты различного размера, пронизанные густой сетью трещин и капилляров толщиной всего лишь от нескольких микронов.  Для микроорганизмов – это целый мир с «пещерами», «ущельями», заполненными часто водой, и там можно безопасно закрепиться на твердой поверхности, и потреблять растворенные органические вещества из жидкой среды.  Удельная поверхность почвы может быть очень большой.  В кубическом сантиметре почвы можно найти десятки и сотни квадратных метров твердой поверхности, на которой микроорганизмы могут закрепиться. 

Вторая причина, по которой в почве находится высокая численность микроорганизмов, заключается в том, что на почве растут растения.  Большинство микроорганизмов – это гетеротрофы.  Для своего питания они нуждаются в готовых доступных органических веществах.  А растения синтезируют эти вещества через фотосинтез и постоянно выделяют их через корни в почву.  Таким образом, растения подкармливают микроорганизмов; и в корнеобитаемом слое почвы (почве у и между корнями), особенно вблизи самих корней, в так называемой ризосфере, численность микроорганизмов особенно высока.  Причем высока не только численность, но и разнообразие микроорганизмов.  Почему?  Потому что почва, в отличие водной среды, очень неоднородна.  Там есть огромное количество микро-локусов с очень разными, иногда абсолютно противоположными условиями.  В одном месте может быть много органического вещества; в другом – мало.  Одни капилляры заполнены водой; другие – воздухом.  В итоге, в почве может существовать множество ниш, в которых могут обитать микроорганизмы с очень разными потребностями.  И в одном грамме почве мы можем найти сотни и тысячи разных видов микроорганизмов. 

Даже если вдруг в почве нет подходящих условий для развития какого-либо вида микроорганизма, он может сохраняться там в течении очень долгого времени, годами, в ожидании того, когда такие условия наступят. 

Микроорганизмы в почве не просто существуют; они осуществляют множество различных биохимических реакций: потребляют одни вещества, синтезируют другие; и благодаря их такому высокому разнообразию и численности почва превращается в мощнейшую биохимическую машину, машину, которая пропускает через себя весьма значительные потоки вещества и энергии в масштабах планеты.  И циклы многих важнейших для жизни на Земле элементов, таких как углерод, азот, фосфор, так или иначе связаны с активностью почвенных микроорганизмов.  Микробы в почве могут фиксировать азот из атмосферы, синтезируя соединения с его содержанием, доступные для потребления живыми существами.  Могут, наоборот, разрушать какие-то соединения, возвращая в атмосферу молекулярный азот или оксид азота.   То же самое с углеродом – микроорганизмы могут разлагать органические вещества (растительного происхождения, например) и возвращать в атмосферу углекислый газ.  Могут и консервировать углерод в виде какого-либо трудно-разлагаемого органического вещества. 

Все эти процессы весьма интересны человеку, потому что они оказывают прямое влияние на сельское хозяйство, на состояние окружающей среды, на климат, что особенно актуально в последнее время в связи с попытками регулирования количества углекислого газа в атмосфере.  Поэтому человек давно пытается как-то регулировать эти процессы.  А для этого необходимо знать, как устроено сообщество микроорганизмов в почве. 

Помимо влияния на биосферу, на глобальные циклы вещества и энергии, почвенное сообщество микроорганизмов интересно человеку тем, что оно напрямую участвует в питании растений.  Не только растения подкармливают микроорганизмы, но и сами микроорганизмы участвуют в снабжении растений химическими элементами, питательными веществами, ферментами, и даже гормонами роста.  Например, все без исключения деревья и большинство трав на Земле имеют на корнях микоризу – это симбиотические грибы, которые помогают растению усваивать воду и минеральные вещества.  Все растения семейства бобовые имеют на корнях специальные органы-клубеньки, в которых живут симбиотические бактерии-азотфиксаторы.  Они связывают молекулярный азот из воздуха, который растения использовать не могут, и превращают его в доступный, аммонийный азот, который растения использовать могут. 

 

Многие бактерии участвуют в защите растений от других патогенных микроорганизмов.  И все эти полезные для себя микроорганизмы растения получают из почвы.  Естественно, эти связи интересны специалистам в области растениеводства и аграрной науки как тонкие способы регуляции сельского хозяйства.  Например, уже несколько десятилетий, человек пытается разрабатывать и употреблять так называемые био-удобрения, по сути препараты, содержащие покоящиеся формы клеток и спор микроорганизмов, например, тех же самых азотфиксирующих бактерий в клубеньках бобовых, которые вносятся на поля подобно обычным удобрениям.