Ход процесса.
Пектин разрушается микроорганизмами, содержащими ферментов пектиназа. Процесс брожение пектиновых веществ состоит из двух последовательных стадий:
первая стадия они гидролизуются до сахаров
во второй идет дальнейшее проживание отдельных продуктов гидролиза (лактозы и арабинозы) до масляной кислоты, co2, H2 или H2O
Брожение заканчивается, когда пектиновые вещества разрушаются.
При брожении бактерии Clostridium pectinovorum выделяются масляная кислота, уксусная кислота, со2 и н2
При брожении Clostridium felsineum – еще и небольшие количества бутилового спирта и ацетона.
Схема процесса гидролиза
Значение
На практике брожение пектиновых веществ используются при промышленной регулируемой водяной мочки льна, конопли для мацерации (нарушение связи между клетками) и выделения целлюлозных волокон, идущих на изготовление хлопчатобумажных тканей.
Водяная мочка обеспечивает получение высококачественной целлюлозы, что обычно не достигается при росяной мочке расстилом, поскольку в последнем случае действует в основном аэробные пектинолитические грибы родов Сladosporium, Aspergillus, который наряду с разрушением пектиновых веществ могут повредить и целлюлозу
30. Влияние минеральных и органических удобрений на микроорганизмы почвы. Распад в почве пестицидов (гербицидов и т.П.) Органические удобрения.
Органические удобрения — навоз, городские отходы, компосты и др. способствуют интенсификации микробиологических процессов, поскольку они являются источником энергии и элементов питания микроорганизмов.
Навоз. Содержание органического вещества в навозе составляет 20—25%; количество питательных для растений веществ ограничивается долями процента (0,5% азота, 0,2% Р2О5, 0,6% К2О) и около 75% воды. Органическая часть навоза в расчете на беззольную сухую массу содержит до 40% перегнойных соединений, около 30% целлюлозы и лигниноподобных веществ. При переводе животноводства на промышленную основу в хозяйствах получают «жидкий навоз». Содержание воды в нем достигает 90—98%. Однако фракция сухих веществ такого навоза по составу близка к обычному.
Д. Н. Прянишников различал четыре способа хранения навоза:
под скотом;
нерегулированное хранение на гноище;
приготовление «холодного» навоза немедленным уплотнением в навозохранилище
изготовление «горячего» навоза при временной рыхлой укладке с последующим уплотнением.
1.1 При хранении навоза под скотом формируется удобрение высокого качества. Однако антисанитарные условия, возникающие при таком способе хранения, заставляют отказываться от его применения.
1.2 При нерегулируемом хранении навоз вывозят и сваливают на гноище. В зависимости от условий хранения он может получаться удовлетворительного или низкого качества. Уплотнение навоза, защита его от дождя, предупреждение стока жидкости —все это условия получения навоза с хорошими удобрительными свойствами.
1.3 Холодным способом навоз готовят в специальных навозохранилищах с бетонированными дном и стенами. В навозохранилищах должен быть колодец для сбора стекающей на дно навозной жижи. Завезенный в хранилище навоз сразу же уплотняют, а по заполнении помещения изолируют его поверхность от воздуха. Брожение такого навоза протекает медленно, и температура не поднимается выше 30—40 °С.
1.4 При горячем способе приготовления навоз держат в хранилище некоторое время в виде рыхлой массы, без уплотнения, примерно метровым слоем. Через два—четыре дня, когда температура массы поднимается до 60—70 °С, ее уплотняют и укладывают сверху второй слой навоза, который разогревается, а нижний уплотненный слой постепенно охлаждается и т. д. Описанный способ приготовления навоза вызывает значительные потери питательных для растений веществ, и прежде всего — соединений азота. Раньше предполагали, что при горячем способе погибают семена сорняков. Это считалось преимуществом способа. Однако в специальных опытах указанное предположение не подтвердилось. В связи с этим в последнее время горячий способ приготовления навоза считают нерациональным.
В свежем навозе размножается огромная масса разнообразных микроорганизмов. Они показывают, что главную роль в созревании холодного навоза играют неспорообразующие бактерии, а численность бацилл и актиномицетов здесь невелика. В свежем навозе первоначально более половины микроорганизмов составляют кокковидные бактерии, число которых постепенно уменьшается. Большинство из них являются аммонификаторами, начинающими гнилостный процесс.
В навозе довольно много бактерий рода Pseudomonas, представителей группы кишечной палочки и других неспорообразуюших палочковидных аммонификаторов. Некоторые из них могут вызывать денитрификацию. В навозе присутствуют и гнилостные спорообразующие бактерии — Bacillus subtilis, В. mesentericus, В. megateri-ит, В. mycoides и т. д., но при холодном способе приготовления эти виды размножаются слабо.
Многие аммонифицирующие бактерии навоза могут вызывать распад мочевины. Общее число подобных форм микроорганизмов достигает 200—300 млн на 1 г навоза. Грибы существенного значения в созревании холодного навоза не имеют, так как для их развития нужен обильный доступ воздуха. Многочисленна в навозе группа аэробных микроорганизмов, разлагающих целлюлозу. Среди них много представителей Cytophagа, несколько беднее представлен род Cellvibrio и др. Обнаружены также анаэробные разрушители целлюлозы (Clostridium omelianskii). В холодном навозе можно встретить термофильную целлюлозоразлагающую бактерию Clostridium thermocellum. Но в целом группа термофильных и термотолерантных бактерий в холодном навозе не многочисленна и не превышает 1—1,5 млн на 1 г массы. В навозе встречаются нитрификаторы, проявляющие активность только в самом поверхностном его слое, куда проникает необходимый им кислород. Помимо окисления аммиака, некоторые из этих микроорганизмов разлагают в навозе пуриновые основания.
Иначе развивается процесс при горячем способе созревания навоза. В первый период созревания в рыхло сложенной массе бурно развиваются разнообразные мезофильные микроорганизмы —аэробные неспороносные бактерии, грибы и частично актиномицеты. Через несколько дней, когда температура навоза поднимется до 60—70 °С, его уплотняют. В результате подъема температуры и удаления из навоза воздуха большая часть мезофильной микрофлоры отмирает. Некоторая часть актиномицетов и неспорообразующих бактерий переносит повышенную температуру в анабиотическом состоянии. Активно размножаться в разогревшемся навозе могут лишь термофильные и термотолерантные актиномицеты и бактерии. Последние представлены в основном спорообразующими формами (Bacillus subtilis, В. mesentericus). Целлюлозу в горячем компосте разлагает термофильная бактерия Clostridium thermocellum
Скорость минерализации навоза в почве определяется рядом факторов, но при других благоприятных условиях она зависит в основном от соотношения в навозе С : N. Обычно навоз вызывает повышение урожая в течение двух-трех лет в отличие от азотных удобрений, которые не имеют последействия. Широко используют также зеленые удобрения, или сидераты. Это растительная масса, запахиваемая в почву. Она более или менее быстро минерализуется в зависимости от почвенно-климатических условий.
Солома. В последнее время солому также используют как органическое удобрение. Внесение соломы обогащает почву гумусом. Кроме того, в ней содержится около 0,5% азота и другие необходимые растениям элементы. При разложении соломы выделяется много диоксида углерода, что также благотворно действует на посевы.
Однако до последнего времени запахивать солому не рекомендовали. Это обосновывали тем, что в соломе велико соотношение С : N (около 100 : 1), и ее заделка в почву вызывает биологическое закрепление минерального азота. Растительные материалыс меньшим соотношением С : N такого явления не вызывают. Растения, посеянные после запашки соломы, испытывают недостаток азота. Исключение составляют лишь бобовые культуры. Недостаток азота после заделки соломы можно компенсировать внесением азотных удобрений из расчета 6—7 кг азота на 1 т запаханной соломы. При этом положение не вполне исправляется, так как солома содержит некоторые вещества, токсичные для растений. Требуется некоторый период времени для их детоксикации, которую проводят микроорганизмы, разлагающие эти соединения.
В условиях северной зоны солому в виде резки целесообразно запахивать в верхний слой почвы. Здесь в аэробных условиях все токсичные для растений вещества довольно быстро разлагаются. При мелкой запашке через один-полтора месяца происходит разрушение вредных соединений и начинает освобождаться биологически закрепленный азот. На юге, особенно в субтропической и тропической зонах, разрыв времени между заделкой соломы и посевом может быть минимальным даже при глубокой запашке. Здесь все неблагоприятные факторы перестают действовать быстро. При соблюдении приведенных рекомендаций почва обогащается органическим веществом и в ней активизируются мобилизационные процессы, в том числе деятельность азотфиксирующих микроорганизмов. В зависимости от ряда условий внесение 1 т соломы приводит к фиксации 5—12 кг молекулярного азота.
Торф. Нередко удобрением служит низовой торф. Он обладает огромной влагоемкостью (полная влагоемкость достигает 90%). В сухом веществе такого торфа содержится 80—93% органических соединений, три четверти которых — гумусовые и лигниноподобные вещества. Содержание органического азота в низовом торфе колеблется в пределах 1,5—4%, причем минерализуется микроорганизмами он крайне медленно. Большой экспериментальный материал свидетельствует о том, что даже огромные дозы низового торфа (100—200 т/га) не дают существенного эффекта.
Компост. Некоторые хозяйства стремятся полностью перейти на «биологическое» земледелие, отказавшись от использования минеральных удобрений и химических средств защиты растений. Это связано с охраной окружающей среды. Однако для высоких урожаев требуются достаточно высокие дозы органических удобрений. В настоящее время для получения органических удобрений используют метод компостирования различных органических отходов. Отходы, поддающиеся компостированию, варьируют от городского мусора, представляющего собой смесь органических и неорганических компонентов, до более гомогенных субстратов, таких, как навоз, отходы растениеводства, сырой активный ил и нечистоты.
Компостирование — это экзотермический процесс биологического окисления, в котором органический субстрат подвергается аэробной биодеградации смешанной популяцией микроорганизмов в условиях повышенной температуры и влажности. В процессе биодеградации органический субстрат испытывает физические и химические превращения с образованием стабильного гумифицированного конечного продукта. Этот продукт представляет ценность для сельского хозяйства и как органическое удобрение, и как средство, улучшающее структуру почвы. Компостирование – это аэробный процесс (требующий присутствия воздуха) разложения органических твердых отходов. Поэтому сырье для компостирования обычно помещают в бурты и компостеры (компостные ящики, бочки, специальные конструкции), а не в компостные ямы, где сложней обеспечить доступ кислорода. Помимо воздуха компостирование требует поддержание внутреннего биологического тепла, высокой влажности и наличия микроорганизмов:
микроорганизмы — бактерии, в том числе актиномицеты; мицелиальные грибы и дрожжи; водоросли; вирусы;
микрофауна — простейшие;
высшие грибы;
макрофауна — двупарноногие многоножки, клещи, ногохвостки, черви, а также муравьи, термиты, пауки и жуки