27. Микроорганизмы в почвах

Весьма многообразны почвообразовательные функции микроорганизмов, основная масса которых приурочена к верхнему слою. Самая обильная и разнообразная группа почвенных микроорганизмов – бактерии. Содержание других групп микроорганизмов – актиномицетов, грибов, водорослей – гораздо меньше.

Одна из главнейших функций микроорганизмов в почвах – разложение растительности и животных остатков. В процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы выделяют различные ферменты-катализаторы, способствующие превращению органики в гумусовые кислоты и в простые соединения типа H₂O, H₂S, CO₂ и др. С другой стороны микроорганизмы синтезируют разнообразные новые минеральные образования в почвах путем построения из них своего скелета (который остается в почве в виде особых биогенных минералов – биолитов). Ряд вторичных минералов (гидроксиды Fe, Mn) концентрируются в результате жизнедеятельности микроорганизмов в микробных колониях.

Важной функцией микроорганизмов является фиксация атмосферного азота – одного из главнейших элементов минерального питания растений.

Животные, населяющие почву, ускоряют разложение органических остатков, перемешивают и разрыхляют почву, способствуют образованию зоогенной структуры. Почвенные животные представлены нанофауной (простейшие, живут только во влажной среде), микрофауной (мельчайшие насекомые), мезофауной (мокрицы, пауки, многоножки, мелкие моллюски) и макрофауной (дождевые черви, крабы, змеи, грызуны).

В цепи внутрипочвенных превращений органики фауна выполняет важную роль разрушения и измельчения растительной массы и остатков живого вещества. при прохождении через кишечный тракт животных почвенная масса подвергается обработке ферментами, ускоряющими гидролиз и окисление, в ней интенсифицируются органо-минеральные взаимодействия, она обогащается продуктами животного метаболизма, приобретает оструктуренность.

По типу пищевого потребления почвенная фауна делится на фитофагов (нематоды, грызуны), сапрофагов (черви, муравьи, многоножки), некрофагов (жуки, личинки мух), хищников (клещи, скорпионы, простейшие) и копрофагов (микроортроподы, мухи, некоторые жуки).

Почвенные животные мигрируют из-за изменений термических условий или условий увлажнения, в поисках пищи или для закладки нор. При этом почвенная масса значительно перемешивается, образуются пустоты, происходит агрегация органического и минерального материалов. Многие свойства почв, отличающих их от материнской породы, возникают именно благодаря деятельности почвенной фауны (например, ослабленная литогенная слоистость, измененнный характер распределения каменистых компонентов, улучшенные аэрация и водопроницаемость).

28. Газовая фаза почв

Несмотря на постоянную связь и газообмен с атмосферой, почвенный воздух несколько отличается от атмосферного по относительному содержанию входящих в его состав компонентов. Почвенный воздух по сравнению с атмосферой обогащен CO₂ (0,2-0,5, до 1%) и обеднен кислородом (19-20%).

Микроорганизмы-гетеротрофы потребляют значительное количество кислорода и продуцируют углекислоту при разложении органических остатков. Кислород также расходуется на внутрипочвенное выветривание минералов, содержащих элементы с переменной валентностью. Недостаток кислорода является главным лимитирующим фактором роста растений.

В некоторых почвах, развивающихся при затрудненном воздухообмене с приземной атмосферой, в почвенном воздухе накапливаются газообразные продукты разложения органических остатков: NH₃, H₂S, H₃P, CH₄, H, N.

В почвенном воздухе обычно присутствуют летучие органические соединения, представляющие собой продукты жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. Эти соединения способны непосредственно усваиваться аэробными микроорганизмами и растениями. В почвенном воздухе также содержатся водяные пары в количестве, близком к полному насыщению при данной температуре.

Факторами, регулирующими скорость, направление и объем воздухообмена почвенного воздуха с приземной атмосферой – аэрации почвы – являются:

1. Изменения температуры почвы и атмосферы. Снижение температуры почвы сопровождается сжатием газа и, следовательно, поступлением газов из почвы в атмосферы, при повышении температуры – обратный процесс. Эти процессы имеют суточный ритм, соответствующий суточному ходу температуры почвы, и затрагивают только верхние горизонты, где колебания температуры наиболее значительны.

2. Изменение влажности почвы. Поступление в почву воды и заполнение ею пор вызывает вытеснение из почвы воздуха, при просыхании почвы в освободившиеся поры устремляется воздух атмосферы.

3. Изменение атмосферного давления. Этот фактор играет роль только при очень больших перепадах давления.

4. Действие ветра. Ветер играет некоторую роль в аэрации почвы, т. к. он может изменить градиент давления у земной поверхности.

Однако наибольшее значение при газообмене почвы и атмосферы играет диффузия газов. Диффузия газов – процесс перемещения молекул газа или пара в направлении убывания концентрации или парциального давления. Главная причина газообмена – разность парциальных давлений кислорода и углекислого газа в почве и в атмосфере. Из почвы в атмосферу диффундирует углекислота, из атмосферы в почву кислород. Скорость диффузии зависит не только от концентрации, но и от пористости почв и содержания влаги.

Значительная часть кислорода и углекислого газа находятся в почве в сорбированном состоянии и в растворе в почвенной влаге. Растворимость газов обратно пропорциональна температуре жидкости. Таким образом, каждое изменение температуры вызывает переход части газов из почвенного воздуха в раствор или обратно. Повышение содержания СО₂ в растворе увеличивает его кислотность и агрессивность. Из-за этого повышается растворимость твердых веществ, прежде всего CaCO₃.