IV.37. Биогеоценотическая деятельность микробной группировки пбк

Характеристика микробного комплек­са. Микроорганизмы — наиболее изу­ченная группа почвенного бионаселе­ния,

Микроскопическое население почвы чрезвычайно велико и разнообразно. Основные группы почвенного микрона­селения: бактерии, грибы, актиномице-ты, многочисленные водоросли. Эти организмы характеризуются исключи­тельно малыми размерами (масса бакте­риальной клетки составляет 2,92* 10^12 г, размер 0,5...1,0 мкм в поперечнике). Для них характерны короткая продол­жительность жизни (от нескольких ча­сов до нескольких дней), необычайно высокая ферментативная активность, высокая чувствительность к малейшим изменениям окружающей среды и спо­собность к продуцированию токсинов (микотоксинов), например у грибов при определенных условиях.

По отношению к кислороду выделя ют аэробные (потребляющие кислород) и анаэробные (живущие в отсутствие кислорода) организмы, по способу пи­тания — автотрофные (сами создают органическое вещество) и гетеротроф­ные (питаются готовым органическим веществом). Численность микроорга­низмов сильно колеблется в зависимос­ти от почвенно-экологических факто­ров.

Роль микроорганизмов в круговороте веществ. Микроорганизмы играют ос­новную роль в круговороте веществ в биогеоценозах, минерализуя органичес­кие остатки и замыкая таким образом биологические циклы экосистем.

Эти значительные объемы органи­ческого вещества минерализуются в ре­зультате деятельности почвенных орга­низмов, превращаясь из недоступных органических соединений в усвояемые растениями минеральные формы. Ос­новными деструкторами при этом выс­тупают микроорганизмы. На долю мик­роорганизмов приходится 85 % выделя­ющегося при разложении диоксида уг­лерода, на долю почвенных жи­вотных—15%. При этом в аэробных условиях грибы дают две трети, а бакте­рии — треть С02. Далее из минеральных соединений вновь синтезируется орга­ническое вещество. Так в общем виде протекает малый (биологический) кру­говорот.

По своему значению для биосферы этот процесс сопоставим с фотосинте­зом и фиксацией молекулярного азота, так как минеральные элементы, перво­источники которых находятся в литос­фере, необходимы для жизни всех орга­низмов на Земле. Без них невозможно создание органического вещества, но­сителя потенциальной энергии, преоб­разованной зелеными растениями из кинетической энергии солнечного луча. Практически нет ни одного элемента, который не подвергался бы воздей­ствию микроорганизмов или их метабо­литов. Выделяющийся в процессе дыхания микроорганизмов диоксид углерода способствует растворению минералов. Так, нерастворимые фосфаты растворя­ются угольной кислотой, которая обра­зуется от взаимодействия СО, и воды при участии микроорганизмов: От того, насколько интенсивно про­исходят эти процессы, зависит степень обеспеченности растений необходимы­ми элементами питания и энергией.

Параллельно с разложением органи­ческих остатков в почве идут процессы гумификации. В этих процессах велика роль почвенной биоты, в частности микроорганизмов. Все разновидности мертвого органического вещества, под­вергаясь в почве биологическому разло­жению и окислению — гумификации, преобразуются обычно в единую, до­вольно стабильную химическую суб­станцию почвенного субстрата — гуму­совые вещества.

Способность почвенных микроорга­низмов усваивать атмосферный азот ис­пользуют при разработке биопрепаратов на основе активных штаммов микроорга­низмов.

Уникальные функции микроорга­низмов по фиксации атмосферного азота приобретают особое значение в связи с усилением антропогенного воз­действия на агроэкосистемы и возмож­ностью использования биологических механизмов питания растений. Это позволяет в будущем перейти от со­временного «химического» земледелия к конструированию агробиоценозов на биологической основе.

Микроорганизмы в течение года мо­гут синтезировать на 1 га пахотного слоя почвы до 400 г тиамина, 300 г пиридок-сина и 1 кг никотиновой кислоты (причем при обогащении по­чвы Azotobacter количество витаминов в почве возрастает в 5 раз. В результате значительной числен­ности микроорганизмов, высокой ско­рости их генерации и короткой продол­жительности жизни в биологический круговорот вовлекается большое коли­чество микробной биомассы, что обус­ловливает почвенное плодородие и снабжение растений необходимыми элементами и другими жизненно важ­ными веществами, причем эти вещества поступают в сбалансированном виде и в необходимые для растения сроки.

Экотоксикологические функции мик­роорганизмов. Микроорганизмы — ин­дикаторы физиологического состояния растений в системе почва—растение. Способность почвенных микроорганиз­мов чутко реагировать на малейшие из­менения окружающей среды и высокая ферментативная активность позволяют использовать их для индикации состоя­ния экосистем и оценки деградации токсичных соединений в них. Эта осо­бенность почвенных микроорганизмов делает их незаменимыми в современных экологических исследованиях происходящих в экосистемах под воз­действием токсичных веществ и их мик­робной трансформации.

Микроорганизмы — показатели антро­погенного загрязнения экосистем. Мик­роорганизмы, обладая исключительной чувствительностью и большим видовым разнообразием, могут служить хороши­ми индикаторами состояния экосистем. Так, в условиях повышенного загрязне­ния биогеоценозов токсичными тяже­лыми металлами, переуплотнения по­чвы изменяется комплекс микробиоло­гических показателей. Например, на участках, подверженных повышенному антропогенному воздействию (по уров­ню загрязнения свинцом двукратные различия, по степени плотности разли­чия несколько выше), отмечается 7... 10-кратное снижение численности аэроб­ных гетеротрофных микроорганизмов.

Изменяется также характер кругово­рота азота в системе почва—растение в результате снижения способности по­чвенной микробиоты связывать атмос­ферный азот и использовать его в про­цессе ассимиляции. Иным становится и характер распределения микроорганиз­мов с глубиной, особенно зародышей Вас. idosus. В почвах естественного сло­жения (плотность 0,6..Л,0 г/см3) содер­жание зародышей данного вида возрас­тает с глубиной вследствие высокой приспособленности их к условиям уп­лотнения. В экосистемах с повышенной рекреационной нагрузкой (плотность 1,3... 1,8 г/см3), которая приводит к зна­чительному уплотнению почвы, содер­жание зародышей Вас. idosus с глубиной снижается.

Под влиянием загрязнения и уплот­нения нарушается репродуктивная фун­кция актиномицетов, что выражается в увеличении доли их аспорогенных форм, появлении актиномицетов груп­пы Niger.

Высокую индикационную способ­ность рассмотренных показателей под­тверждают и результаты модельных опытов, проведенных на дерново-под­золистой почве.

Микробная трансформация органичес­ких токсичных соединений в почве. Высо­кая ферментативная активность микро­организмов определяет их главенствую­щее значение в процессах разложения токсикантов в почве