27. Роль микроорганизмов в круговороте биогенных элементов в водоёме.

Выход азота в воду в виде биогенных веществ зависит в большей степени от деятельности микроорганизмов, чем от физико-химических процессов. Белковые соединения, находящиеся в водоеме, в аэробных и анаэробных условиях разлагаются сапрофитными аммонифицирующими бактериями. Наиболее полно и быстро органические вещества минерализуются в присутствии достаточного количества кислорода в воде. При полной минерализации азот освобождается в виде аммиака. Интенсивность этого процесса зависит от значений рН воды и уровня содержания в ней кальция, фосфора и других элементов, необходимых для жизнедеятельности бактерий. В прудах с кислой средой концентрация бактерий мала и соответственно низок уровень минерализации, поэтому увеличение рН воды, например за счет ее известкования, повышает уровень минерализации иловых отложений. При наличии в воде достаточного количества кислорода создаются условия для нитрификации, т. е. перехода аммиака в окисленную нитратную форму. Этот    процесс    осуществляется аэробными бактериями. Бактерии Nitrosomonas в основном обеспечивают превращение аммиака в нитриты, Nitrobacter — нитритов в нитраты. Аммонийная форма является наиболее усвояемой растениями, но она нестабильна и теряется в атмосфере. Нитратная форма, хотя и является более стабильной, но при определенных условиях через процесс денитрификации переходит в молекулярную форму (N2). Этот процесс осуществляется различными бактериями, в том числе Pseudomonas, Achromobacter, Chromobacterium. Денитрификация находится в сильной зависимости от рН воды. Известкование воды создает благоприятные условия для выхода азота из биологического круговорота. Особенно высок уровень денитрификации при внесении в пруд аммиачной селитры. Потери азота могут иметь место в прудах с большим слоем иловых отложений, когда происходит распад органических соединений при анаэробном брожении, при котором, как и при денитрификации, выделяется молекулярный азот. В аэробных условиях свободный азот может включиться в биотический круговорот благодаря действию некоторых азотфиксирующих микроорганизмов (Azotobacter и Closterium pasteurianum) и некоторых синезеленых водорослей (около 10).

Фосфор, как одно из главенствующих веществ, в природных водах содержится в очень малых концентрациях из-за своей высокой подвижности. Определенная часть потребляется микро- и макрофитами, а большая часть в щелочной и кислой средах осаждается и связывается донными соединениями. Поглощение соединений фосфора обусловлено химическими и физико-химическими процессами сорбции. Грунт с низким значением рН прочно связывает фосфор, образуя с окислами алюминия и железа, а также с гуминовыми кислотами нерастворимые соединения. При нейтрализации воды за счет внесения извести или при развитии фитопланктона этот процесс затухает. В круговороте фосфора микроорганизмы играют незначительную роль. Фосфоррастворяющие бактерии способствуют переходу фосфора из водонерастворимого в растворимые соединения, а также органически связанного в минеральный, причем особенно интенсивно в анаэробных условиях. При достаточном количестве кислорода в воде происходят обратные процессы, т. е. связывание растворенного фосфора.

Большую роль микроорганизмы играют и в круговороте углерода. Углерод, подобно азоту, также имеет свой круговорот, в котором процессы распада обусловлены жизнедеятельностью микроорганизмов, а процессы созидания – фотосинтезом зеленых растений.

Круговорот углерода связан с различными типами брожения, происходящими в природе. Брожение – это глубокий распад исходного субстрата, в результате которого образуются новые химические вещества, значительно отличающиеся по своим свойствам и составу от исходного материала. К ним относятся спиртовое и уксуснокислое брожение, молочнокислое и маслянокислое, брожение целлюлозы и пектиновых веществ.

С погибшими растениями в почву и водоемы непрерывно поступает значительное количество клетчатки (целлюлозы). Клетчатка – это сложное углеводное соединение, которое отличается большой стойкостью и может быть разрушено только при действии очень сильных химических реактивов. Однако в природе клетчатка легко разрушается и вовлекается в круговорот веществ под влиянием широко распространенных целлюлозоразлагающих микробов. К ним относятся спорообразующие анаэробные бациллы Bac.cellulosae methanicus и Bac.cellulosae hydrogenicus. При помощи своего гидролитического фермента целлюлозы они вызывают распад клетчатки до менее сложных углеводов. Углеводы подвергаются маслянокислому брожению с образованием масляной и уксусной кислот и газообразных продуктов.

В районах, прилегающих к испытательным полигонам, нередко отмечается снижение в биосфере уровня кобальта, меди, йода и повышение уровня марганца. К бактериям, восстанавливающим марганец, относятся бактерии родов Aeromonas и Pseudomona, виды Bacillus polymixa, Chromobacterium morganicum.

Железо восстанавливают Pseudomonas sp., St.aureus, Mycobacterium rubrum, спорообразующие Bac.cereus, Bac.subtilis, Bac.mesentricus, Bac.mycoides.