КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Трансформация органического вещества в почве. Образование гумуса
Микрофлора почвы Биогеохимия образования почвы Роль микроорганизмов в улучшении плодородия почв. Почва — уникальная природная система. Главным свойством почвы является неразрывная связь входящих в нее живых и неживых (косных) компонентов. Их искусственное разделение делает невозможным существование почвы и полностью разрушает ее как систему. Органическое вещество почвы состоит из слабоизмененных остатков растений, продуктов их измельчения и первоначального преобразования мезофауной и микроорганизмами, а также из специфических почвенных органических веществ. Две последние категории составляют собственно почвенный гумус. Гумусом называют содержащийся в почве аморфный, обычно темно-окрашенный материал биологического происхождения. В состав гумуса входят соединения, с трудом разлагающиеся микроорганизмами, - прежде всего лигнин, а также жиры, воски, углеводы ибелковые компоненты. Почва образуется и функционирует как система при сочетании взаимообусловленной жизнедеятельности разных групп организмов среди которых: -организмы, осуществляющие фотосинтетическое продуцирование органического вещества (высшие растения); -организмы, обеспечивающие деструкцию ежегодно отмирающих органов растений (почвенная мезофауна и животные); -организмы, производящие глубокую трансформацию продуктов деструкции, вплоть до их полной минерализации с выделением СОг и образованием специфических органических соединений почвы (микроорганизмы). Суммарная сухая биомасса почвенных микроорганизмов во всей педо-сфере равна 7 • 109 т. Количество микроорганизмов в почве достигает нескольких миллиардов в 1г. Больше всего их в унавоженной и подвернутой обработке (пахоте и аэрации) почве — до 4,8-5,2 млрд в 1 г. Меньше микробов содержится в лесной почве, ещё меньше— в песках (0,9-1,2 млрд в 1 г). Вокруг корней растений имеется зона интенсивного роста и повышенной активности микробов. Поверхность корневой системы колонизируют преимущественно псевдомонады и грибы. Последние вступают в симбиотиче-ские отношения с растениями и образуют микоризу (грибокорень), стимулирующую рост обоих партнёров.
Наиболее многообразна и многочисленна микрофлора почвы на глубине 10-20 см, где протекают основные процессы превращения органических веществ, обусловленные деятельностью микробов. В глубоких слоях почвы микрофлора становится скудной. Почвенная мезофауна производит первичную деструкцию растительных остатков. Дальнейшая трансформация органического вещества в почве происходит под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов. Состав почвенного органического вещества весьма разнороден и его компоненты обладают неодинаковой устойчивостью и, следовательно, неодинаковой длительностью существования («временем жизни»). Наиболее быстро разрушаются низкомолекулярные органические кислоты, аминокислоты, белки, жиры, моно- и дисахариды. Здесь особо важное значение имеет деятельность неспороносных гетеротрофных бактерий, участвующих в трансформации органического вещества вплоть до конечного продукта его биохимического окисления — углекислого газа. Медленнее осуществляется микробиологическое разложение полисахаридов, целлюлозы (клетчатки) и особенно лигнина. Ответственная роль здесь принадлежит актиномицетам и грибам, которые разрушают эти наиболее устойчивые компоненты растительных остатков. Целлюлозные миксобактергш перерабатывают устойчивые углеводы. Актиномицеты завершают процесс, разлагая наиболее устойчивые компоненты растительных остатков и гумусовые вещества. Содержание актиномицетов весьма велико и часто измеряется миллиардами экземпляров в 1 г почвы. Специфические почвенные органические соединения — гуминовые кислоты и особенно гумин устойчивы к микробиологическому воздействию, что обусловлено особенностями их структуры, выдерживающей воздействие ферментов.
Образование гумусовых веществ протекает при участии процессов двух типов. Процессы первого типа обеспечивают частичное разложение поступивших органических соединений до более простых. Например, белки расщепляются на аминокислоты, углеводы — на простые сахара и т.д. Процессы второго типа значительно сложнее. Это связано с тем, что гидролиз органических полимеров прерывается, если фермент встречается с неоднородностью в строении полимера. Примером может служить случай, когда фермент, специализированный на преобразовании целлюлозы, встречается с лигнифициропанной частью полимера. Остатки труднопреобразуемых веществ накапливаются и служат исходным материалом для специфических химических реакций конденсации. Эти реакции, отсутствующие среди биологических реакций полимеризации, приводят к образованию весьма устойчивых соединений. В результате процессов второго типа происходит конденсация ароматических соединений фенольного типа (продуктов распада лигнина и целлюлозы) с аминокислотами (продуктами распада микроорганизмов). В процессе окисления и конденсации образуются карбоксильные группы, которые вместе с фенолгидроксильными группами способствуют кислотному характеру гумусовых веществ. Основными компонентами гумуса являются гуминовые и фульвокислоты, их соли, а также гумин — своеобразный комплекс сильно полимеризованных высокомолекулярных гумусовых кислот, связанных с высокодисперсными минеральными частицами. Между этими компонентами существуют переходы. Одновременно с гумификацией растительного материала происходит обогащение его азотом. Значительная часть азота переводится в органические соединения, т.е. в такую форму, в которой растения не могут его использовать. Особенно прочно связывает азот лигнин. Этот процесс служит источником лигнопротеинов и гетероциклических соединений. Гумус находится как бы в состоянии динамического равновесия: с одной стороны количество его все время пополняется за счет притока органических остатков, а с другой - убывает, так как часть гумуса подвергается полному окислению. Содержание гумуса в почве тем выше, чем в большей мере почвенные условия способствуют его образованию и чем они менее благоприятны для его распада.
Малое количество гумуса в почве тропических районов связано с быстрым разложением любых органических веществ под действием микроорганизмов, развитию которых способствует тропический климат. Степной чернозем образуется в областях с продолжительной холодной зимой и сухим летом. В то время как чисто минеральная почва бедна микроорганизмами, в почве, богатой гумусом, она представлена разнообразием видов. Такой комплекс, присутствующий и в неудобренной почве, называют автохтонным в отличие от зимогенного, доминирующего при внесении в почву органических веществ. Таким образом, стабилизирующее действие гумуса на почвенную динамику связано также и с тем, что оно обеспечивает поддержание богатой почвенной микрофлоры. Таким образом, гумус почв играет двоякую роль. С одной стороны, он выступает как источник азота и других элементов, приоритетно необходимых для высших растений и освобождающихся из органического вещества в результате микробиологической деятельности. Поэтому гумус почв — важный фактор продуктивности фитоценозов и плодородия почв. С другой стороны, гумусовые кислоты и их производные благодаря особенностям молекулярного строения активно влияют на миграцию и аккумуляцию химических элементов в педо-сфере. По этой причине гумусовые вещества являются важной частью механизма регулирования миграционных потоков в педосфере. Быстрое разложение растительных остатков происходит при условии свободного газообмена почвы с атмосферой, который способствует активной аэробной мезо- и микробиологической деятельности. В тех местах, где мертвое органическое вещество насыщено водой, газообмен затруднен. Это подавляет деятельность аэробных организмов, сильно замедляет разложение растительных остатков и приводит к образованию торфа. Замедлению процесса также способствует присутствие в торфяных водах растворимых органических соединений с антисептируюшими свойствами. В результате полуразложившиеся остатки растений сохраняются в торфяных залежах тысячи лет.
Таким образом, почва - это не только основной источник производства продуктов питания для населения земного шара, но и важнейшее звено глобальной системы всей биосферы. Ответственное значение почвы связано с ее ролью регулятора многих биогеохимических циклов. С участием микроорганизмов в почве систематически: консервируется значительная масса синтезированного высшими растениями органического вещества, что обеспечивает нахождение в атмосфере свободного кислорода; продуцируется углекислый газ, необходимый для непрерывного фотосинтеза и воспроизводства живого вещества; осуществляется преобразование инертного молекулярного азота в формы, доступные для включения в биологический круговорот; происходят сложные процессы трансформации соединений элементов-биогенов, в первую очередь серы и фосфора.
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 2184; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |