14. Роль микроорганизмов в питании растений, их виды

Микроорганизмы исключительно важны для существования жизни на нашей планете. Благодаря деятельности микрофлоры происходят:

1) Минерализация органических остатков;

2) Непрерывное поступление в атмосферу диоксида углерода (СО₂), за счет которого осу­ществляется фотосинтез зеленых растений.

Выветривание горных пород, образование торфа, нефти, ка­менного угля, селитры, известняков — все эти процессы также протекают при непосредственном участии микроорганизмов.

Образование почвы неразрывно связано с эволюцией жизни. Первые живые микроорганизмы положили начало почвообразова­тельному процессу. В далекие геологические эпохи Землю окру­жала атмосфера из плотного слоя газов, препятствующая прохож­дению солнечных лучей. Первые микробы энергию, необходимую для усвоения углерода, использовали от разложения химических соединений. Микроорганизмы выделяли сильные кислоты, кото­рые разлагали материнскую породу, измельчали ее, создавая но­вый вид структуры. С течением времени безжизненная выветрен­ная порода обогащалась органическим веществом, происходил процесс почвообразования. Всего в пахотном слое почвы масса бактерий составляет от 3 до 7—8 т/га.

По способу питания микроорганизмы подразделяются на

1. Автотрофные;

2. Гетеротрофные.

Автотрофные бактерии для связыва­ния углерода СО₂ используют либо фотосинтез, либо химическую энергию окисления некоторых минеральных ве­ществ — хемосинтез. Способностью к фотосинтезу обладают зеле­ные и пурпурные серобактерии, нитрифицирующие бактерии, же­лезобактерии. Гетеротрофные бактерии усваивают углерод гото­вых органических соединений. Большинство почвенных бакте­рий, актиномицетов, почти все грибы и простейшие относятся к гетеротрофам.

Окисление сероводорода, элементарной серы и тиосоединений до серной кислоты называется сульфофикацией. Процесс осуществляется серобактериями и тионовыми бактериями.

Серная кис­лота способствует переводу труднорастворимых минеральных со­лей, особенно фосфатов, в растворимые, а соединяясь с основани­ями, дает сульфаты, которые используют растения.

Железобактерии осуществляют превращение солей оксидов железа, а также способны окислять соли марганца.

В практике используют различные способы снижения потерь азота — применение ингибиторов нитрификации, новых форм азотных улобрений, приближение срока внесения азотных удобре­ний к срокам интенсивного потребления азота.

Органический азот, как правило, не усваивается растениями. Для них необходим минеральный азот в виде нитратов. В помпе происходит минерализация органического азота с образованием аммиака. Этот биологический процесс — называется аммонифика­цией.

В нем принимают участие :

- гетеротрофные бактерии,

- актиномииеты,

- грибы.

В процессе аммонификации используются самые разнообразные азотсодержащие вещества: белки, аминосахара. нуклеиновые кислоты, пуриновые основания, мочевина и др. Этот процесс могут вызывать многие виды бактерий.

Аммиак, освобождающийся в результате биохимических реакций, происходящих в почве, расходуется разнообразно:

- часть его адсорбируется на глинисто-гумусовых частицах или нейтрализует кислоты почвы,

- часть немедленно превращается в белки бактерий или грибов.

- часть аммиака окисляется также автотрофами в нитриты и нитраты,

- некоторое количество аммиака остается в свободном состоянии и выделяется в атмосферу.

Микроорганизмы для своего питания нуждаются в разнообраз­ных химических элементах, тех же самых, что и высшие растения. Основное питательное вещество, необходимое почвенным микро­организмам, — азот.

Автотрофы используют простые минеральные азотистые со­единения, например соли аммония и азотной кислоты. Среди ав-тотрофов попадаются фотосинтезирующие организмы, которые усваивают и атмосферный азот. Гетеротрофы могут усваивать азот из минеральных соединений, некоторые — даже атмосферный.

Существуют специфические микроорганизмы, способные ис­пользовать питательные элементы из такого сложного вещества, как гумус (фульвокислоты минерализуются быстрее, чем гуминовыс кислоты и гумины, имеющие более сложное строение).

Все химические и биохимические реакции в почве и в клетках микроорганизмов протекают, как правило, в воде. Лучше всего микроорганизмы развиваются:

- при влажности 50—60% макси­мальной влагоемкости.

Анаэробные микроорганизмы развиваются при более высокой, чем аэробы, влажности — 80—90 % и даже 100% (рисовые поля).

Развитие аэробных микроорганиз­мов на поверхности почвенной частицы сопровождается интен­сивным поглощением кислорода. От периферии частицы к ее цен­тру концентрация кислорода резко падает. Поверхностная пленка аэробных микроорганизмов создает мощный барьер, препятству­ющий проникновению внутрь свободного кислорода. В центре почвенной частицы создаются анаэробные условия. Таким обра­зом, частица почвы состоит из микрозон, где живут и развиваются микробы с разной потребностью в кислороде воздуха.

В почве наблюдается сочетание различных групп и видов мик­роорганизмов, разрушающих клетчатку, пектиновые вещества. Этот процесс происходит при разложении соломы, обработке во­локнистых растений (мочка льна). Под влиянием уробактерий мо­чевина превращается в углекислый аммоний. Уробактерии — аэробы, хорошо развивающиеся лишь при высоком рН (7—8) сре­ды, мочевина служит им источником азота, а органические кисло­ты и углеводы — углерода.

Разнообразные многочисленные почвенные микроорганизмы обеспечивают расщепление и других соединений углерода — гемицеллюлозы, крахмала, лигнина. Почвенная микрофлора вызы­вает превращение разнообразнейших химических соединений, ас­симилируя, окисляя или восстанавливая их, осаждая или раство­ряя, создавая комплексы или освобождая химические соединения из существующих комплексов.

Растения в процессе жизнедеятельности через корневую систе­му выделяют в почву:

- минеральные соли, сахара, органические кислоты, аминокислоты, витамины, ростовые вещества.

Эти ве­щества, усвоенные микроорганизмами, влияют на их развитие и состав. Наряду с корневыми выделениями микроорганизмы ис­пользуют для питания отмершие корни, корневые волоски, слущивающиеся клетки корневых чехликов, эпидермис корня. В не­посредственной близости от корней высших растений создается ризосфера — зона, благоприятная для развития почвенных микро­организмов.

Подсчитано что бактерий рода Clostridium в 1 г почвы пара составляет 69.7 тыс.. а и ризосфере 10,7 млн. Подсчитано, что масса бактерий и ризосфере люцерны примерно в 2 раза больше, чем в почве вне ризосферы. и составляет соответственно 5 и 2,25 т/га

Преобладающая группа ризосферной микрофлоры:

1. Неспоро­вые бактерии: азотобактер, клубеньковые, фотосинтезирующие бактерии.

2. Другие представители азотфиксирующей флоры: маслянокислые, микобактерии, водоросли.

3. Другие группы микроорганизмов — аммонификаторы, денитрификаторы, нитрификаторы.

Благодаря этому в ней накапливается значитель­но больше доступных растениям элементов минерального пита­ния, чем в остальных участках почвы. Причем большее содержа­ние доступных растениям минеральных соединений отмечается в ризосфере, несмотря на их усиленное потребление корневой сис­темой растений.