- •Глава первая почвенная биота
- •В ельнике (по б.Д. Абатурову и г. В. Кузнецову):
- •Pw 47 Гелиобактерии Heliobacterwm chlorum |к50(ю)
- •Глава вторая участие почвенных микроорганизмов в превращении веществ и энергии в биосфере
- •Характеристика микробного метаболизма
- •Органические вещества
- •Разложение сложных органических безазотных веществ
- •Внутриклеточные аминокислоты
- •Молекула мочевой кислоты
- •Биологические процессы в почвообразовании
- •Разложение растительных остатков и формирование подстилки
- •Участие почвенных микроорганизмов в разрушении и новообразовании минералов
- •Глава третья экологические аспекты биологии почв
- •Распределение микроорганизмов в перегнойно-глеевой и дерново-подзолистой почве по частицам разной величины (число адгезированных клеток)
- •Относительная влажность воздуха, активность воды и потенциал влаги при 20 °с
- •Величины активности воды, лимитирующие рост микробов
- •Примеры летучих органических веществ, образуемых микроорганизмами и их влияние иа другие микроорганизмы
- •Примеры летучих органических веществ, образуемых микроорганизмами в анаэробных условиях
- •Примеры неорганических веществ, превращаемых микроорганизмами в летучие органические вещества
- •Кардинальные значения рН для роста некоторых почвенных микроорганизмов
- •Кардинальные температуры роста различных групп микроорганизмов
- •Строение и функционирование комплекса почвенных микроорганизмов
- •Концепция ненасыщенности комплекса почвенных микроорганизмов
- •Концепция почвы как множества сред обитания микроорганизмов
- •21 28 35 42 49 56 Сутки
- •Типы межвидовых биотических взаимодействий
- •Конкуренция (непосредственное взаимодействие) — прямое взаимное подавление обоих видов. Микробы антагонисты образуют антибиотики, действующие друг против друга.
- •Методологические подходы к изучению структурно-функциональной организации микробных сообществ в наземных экосистемах локусный подход
- •Использование разработанных подходов и методов для экологической оценки микробных сообществ наземных экосистем структура микробоценозов лесных экосистем: вертикально-ярусный подход
- •Численность дрожжей (тыс./г) в лесных подстилках и почвах в разные сезоны года (Московская обл.)
- •Численность представителей разных родов актиномицетов в подстилке и дерново-подзолистой почве (тыс. Кое/г субстрата)
- •Доминирующие роды бактерий в разных ярусах лесного биогеоценоза
- •В почвенных ярусах лесных биогеоценозов наблюдается постепенное снижение численности актиномицетов вниз по профилю, в то время как в степных и пустынных биогеоценозах не
- •Доминирующие виды мицелиальных грибов в разных ярусах ельника волосисто-осокового
- •1. Виды, относящиеся к собственно подстилочным сапроби- онтам, несомненно играющие важную функциональную роль в
- •Доминирующие виды дрожжевых грибов в разных ярусах лесного биогеоценоза
- •Сравнение структурно-функциональной организации микробных сообществ различных природных зон: географический подход одноклеточные бактерии
- •Спектры потенциальных доминант в сообществах бактерий пустынь и болот
- •Время, сут
- •Особенности развития двух груш микроорганизмов, выделенных из чернозема типичного в процессе сукцессии
- •Состав различных групп микроорганизмов в ризосфере злаков
- •Структура комплекса микромицетов (%) в дерново-подзолистой почве в ходе микробной сукцессии
- •Окончание табл. 21
- •Структура комплекса микромицетов (%) в ризоплане гороха в ходе микробной сукцессии
- •Структура комплекса микромицетов (%) в ризосфере гороха в ходе микробной сукцессии
- •Взаимодействие микроорганизмов и почвообитающих животных
- •Основные принципы биологической индикации и диагностики почв
- •Ботаническая и зоологическая биоиндикация и диагностика почв
- •Почвенные микроорганизмы и здоровье человека
- •Положительное влияние
Глава вторая участие почвенных микроорганизмов в превращении веществ и энергии в биосфере
Чем больше мы изучаем химические явления биосферы, тем более мы убеждаемся, что в ней нет случаев, где они не были бы зависимы от жизни.
В. И. Вернадский
История образования верхних оболочек Земли — атмосферы, гидросферы, осадочных пород и особенно педосферы (почвенного покрова) — тесно связана с деятельностью микроорганизмов. Без понимания законов их функционирования в природе не может быть науки о почве.
Все процессы на Земле на исходном этапе обеспечиваются энергией Солнца. Ежесекундно наша планета получает от Солнца (4-5) • 1013 ккал. Эта энергия вызывает движение двух круговоротов — большого геологического и малого биологического (рис. 57). Только 0,1-0,2% солнечной энергии поглощается растениями, однако эта энергия совершает огромную работу: она «запускает» процессы биосинтеза и трансформируется в энергию химических связей синтезируемых органических веществ. Если в среднем КПД растений составляет 0,1%, то у отдельных фото- синтезирующих организмов он может быть значительно выше (например, в тропическом дождевом лесу 2-3%, у водоросли хлореллы он достигает 10%).
Главный запас потенциальной биогенной энергии сосредоточен в почвенном покрове в виде корней растений, биомассы микроорганизмов и гумуса.
В биосинтетические процессы вовлекаются разнообразные элементы, которые подвергаются постоянным превращениям, в результате которых в почвенном слое происходит взаимодействие малого биологического круговорота с большим геологическим круговоротом за счет включения процессов обмена между почвой, литосферой, гидросферой и атмосферой (см. рис. 57). Некоторые из этих процессов определяют формирование главного свойства почвы — плодородия. Три источника плодородия связаны с деятельностью почвенных микроорганизмов: ^минерализация органических остатков; 2) вовлечение в биологический круговорот химических элементов из минералов литосферы; 3) биологическая фиксация азота.
Фотосинтетическое связывание углерода и его перевод в органические соединения производится главным образом растения-
ВЫМЫВАНИЕ
Рис.
57.
Взаимосвязь малого биологического
круговорота веществ в биосфере с
большим геологическим круговоротом
ми и водорослями путем вовлечения в биосинтетические процессы С02 из атмосферы. Накопленное органическое вещество затем перерабатывается на разных трофических уровнях консу- ментами и деструкторами (редуцентами). К первым относятся животные, ко вторым — грибы и бактерии. Последовательность этих событий выражается в трофических цепях, или цепях питания. Конечное деструктивное звено этой цепи — минерализация органических веществ с возвратом С02 в атмосферу — осуществляется в почвенном покрове земли за счет деятельности гетеротрофных микроорганизмов в первую очередь грибов. Около 90% образующейся из органических веществ углекислоты — «микробного происхождения» и только 10% приходится на долю дыхания животных и человека. При этом считают, что грибы дают 2/3 С02 или даже больше, а бактерии только 1/3. Однако эти цифры нуждаются в уточнении. Часть органического вещества закрепляется в почве в форме гумуса (рис. 58).
«ДЫХАНИЕ
ПОЧВЫ »
Рис.
58.
Поток веществ и энергии в биосфере и
образование гумуса
Помимо глобального процесса круговорота углерода, состоящего из синтеза и минерализации органических веществ, почва участвует в обмене многими газами с атмосферой. В ходе фотосинтетической деятельности происходит не только связывание растениями С02, но и обогащение атмосферы кислородом. Весь кислород в газовой оболочке Земли — продукт фотосинтеза. При минерализации органических веществ в атмосферу помимо С02 возвращаются еще СН4, Н2, СО, H2S, NO, N20, N2. В почве образуются и физиологически активные летучие соединения, такие как этилен, этиламин, нитрозамин, метилртуть. Газы, образующиеся в анаэробной зоне, частично перехватываются аэробами, которые составляют «бактериальный фильтр», и частично попадают в атмосферу, откуда снова вовлекаются в круговорот. Газы являются переносчиками энергии из анаэробной зоны в аэробную.
Превращения органических веществ и обмен газообразных продуктов микробного метаболизма сопровождаются взаимодействием почвенных микроорганизмов с первичными и вторичными минералами почвы. По своему значению для биосферы этот процесс сопоставим с фотосинтезом и фиксацией молекулярного азота, так как минеральные элементы, первоисточник которых находится в литосфере, необходимы для жизни всех организмов на Земле. В процессе почвообразования происходит разрушение минералов породы и извлечение элементов, которые поступают в обменные реакции биосинтеза. Без снабжения растений из почвы такими элементами как фосфор, калий, железо, кальций, магний, микроэлементы, поступающими из минералов, было бы невозможно создание первичной растительной продукции. Разрушение минералов происходит частично под влиянием корневых систем растений, но в наибольшей степени оно осуществляется в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, образующих органические и минеральные кислоты, щелочи, а также выделяющих во внешнюю среду синтезированные ими хелаты, полисахариды, фенольные соединения. Эти вещества прямо или косвенно взаимодействуют с минералами, разрушая кристаллические решетки, образуя комплексные соединения, переводя элементы из одной формы в другую с изменением их валентности и подвижности.
Таким образом, роль почвенных организмов проявляется не только в деструкции органической массы растений и животных, но также в контроле газового состава атмосферы, химического состава грунтовых вод и преобразовании литосферы, граничащей с почвой.
Высокая активность и огромные масштабы совершаемых микроорганизмами планетарных превращений веществ обусловлены их огромной численностью, повсеместным распространением, необычайной скоростью роста и разнообразием метаболических процессов.