Материал: микра от 104 группы
В свежем навозе размножается огромная масса разнообразных микроорганизмов. Они показывают, что главную роль в созревании холодного навоза играют неспорообразующие бактерии, а численность бацилл и актиномицетов здесь невелика. В свежем навозе первоначально более половины микроорганизмов составляют кокковидные бактерии, число которых постепенно уменьшается. Большинство из них являются аммонификаторами, начинающими гнилостный процесс.
В навозе довольно много бактерий рода Pseudomonas, представителей группы кишечной палочки и других неспорообразуюших палочковидных аммонификаторов. Некоторые из них могут вызывать денитрификацию. В навозе присутствуют и гнилостные спорообразующие бактерии — Bacillus subtilis, В. mesentericus, В. megateri-ит, В. mycoides и т. д., но при холодном способе приготовления эти виды размножаются слабо.
Многие аммонифицирующие бактерии навоза могут вызывать распад мочевины. Общее число подобных форм микроорганизмов достигает 200—300 млн на 1 г навоза. Грибы существенного значения в созревании холодного навоза не имеют, так как для их развития нужен обильный доступ воздуха. Многочисленна в навозе группа аэробных микроорганизмов, разлагающих целлюлозу. Среди них много представителей Cytophagа, несколько беднее представлен род Cellvibrio и др. Обнаружены также анаэробные разрушители целлюлозы (Clostridium omelianskii). В холодном навозе можно встретить термофильную целлюлозоразлагающую бактерию Clostridium thermocellum. Но в целом группа термофильных и термотолерантных бактерий в холодном навозе не многочисленна и не превышает 1—1,5 млн на 1 г массы. В навозе встречаются нитрификаторы, проявляющие активность только в самом поверхностном его слое, куда проникает необходимый им кислород. Помимо окисления аммиака, некоторые из этих микроорганизмов разлагают в навозе пуриновые основания.
Иначе развивается процесс при горячем способе созревания навоза. В первый период созревания в рыхло сложенной массе бурно развиваются разнообразные мезофильные микроорганизмы —аэробные неспороносные бактерии, грибы и частично актиномицеты. Через несколько дней, когда температура навоза поднимется до 60—70 °С, его уплотняют. В результате подъема температуры и удаления из навоза воздуха большая часть мезофильной микрофлоры отмирает. Некоторая часть актиномицетов и неспорообразующих бактерий переносит повышенную температуру в анабиотическом состоянии. Активно размножаться в разогревшемся навозе могут лишь термофильные и термотолерантные актиномицеты и бактерии. Последние представлены в основном спорообразующими формами (Bacillus subtilis, В. mesentericus). Целлюлозу в горячем компосте разлагает термофильная бактерия Clostridium thermocellum
Скорость минерализации навоза в почве определяется рядом факторов, но при других благоприятных условиях она зависит в основном от соотношения в навозе С : N. Обычно навоз вызывает повышение урожая в течение двух-трех лет в отличие от азотных удобрений, которые не имеют последействия. Широко используют также зеленые удобрения, или сидераты. Это растительная масса, запахиваемая в почву. Она более или менее быстро минерализуется в зависимости от почвенно-климатических условий.
Солома. В последнее время солому также используют как органическое удобрение. Внесение соломы обогащает почву гумусом. Кроме того, в ней содержится около 0,5% азота и другие необходимые растениям элементы. При разложении соломы выделяется много диоксида углерода, что также благотворно действует на посевы.
Однако до последнего времени запахивать солому не рекомендовали. Это обосновывали тем, что в соломе велико соотношение С : N (около 100 : 1), и ее заделка в почву вызывает биологическое закрепление минерального азота. Растительные материалыс меньшим соотношением С : N такого явления не вызывают. Растения, посеянные после запашки соломы, испытывают недостаток азота. Исключение составляют лишь бобовые культуры. Недостаток азота после заделки соломы можно компенсировать внесением азотных удобрений из расчета 6—7 кг азота на 1 т запаханной соломы. При этом положение не вполне исправляется, так как солома содержит некоторые вещества, токсичные для растений. Требуется некоторый период времени для их детоксикации, которую проводят микроорганизмы, разлагающие эти соединения.
В условиях северной зоны солому в виде резки целесообразно запахивать в верхний слой почвы. Здесь в аэробных условиях все токсичные для растений вещества довольно быстро разлагаются. При мелкой запашке через один-полтора месяца происходит разрушение вредных соединений и начинает освобождаться биологически закрепленный азот. На юге, особенно в субтропической и тропической зонах, разрыв времени между заделкой соломы и посевом может быть минимальным даже при глубокой запашке. Здесь все неблагоприятные факторы перестают действовать быстро. При соблюдении приведенных рекомендаций почва обогащается органическим веществом и в ней активизируются мобилизационные процессы, в том числе деятельность азотфиксирующих микроорганизмов. В зависимости от ряда условий внесение 1 т соломы приводит к фиксации 5—12 кг молекулярного азота.
Минеральные удобрения.
Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но и изменяет условия существования почвенных микроорганизмов, также нуждающихся в минеральных элементах.
При благоприятных климатических условиях количество микроорганизмов и их активность после внесения в почву удобрений значительно возрастают. Усиливается распад гумуса, увеличивается мобилизация азота, фосфора и других элементов.
Ранее считали, что длительное применение минеральных удобрений приводит к катастрофической потере гумуса и ухудшению физических свойств почвы. Однако экспериментальные материалы, полученные в МСХА, этого не подтвердили. Так, на дерново-подзолистой почве был заложен многолетний опыт с разной системой удобрения. На делянки, где применяли минеральные удобрения (NPK), в среднем за год вносили 36,9 кг азота, 43,6 кг Р205 и 50,1 кг К20 на 1 га. В почву, удобряемую навозом, его вносили ежегодно по 15,7 т/га. Через 60 лет был проведен микробиологический анализ опытных делянок.
В таблице приведены данные исследования почвы этих делянок, которая все время находилась под паром, чтобы исключить влияние поступающих в нее растительных остатков. Такая почва оказывается бедной сапротрофными микроорганизмами, так как в нее поступает ограниченное количество органических веществ, незначительно развиваются сорняки и цианобактерии.
После применения минеральных удобрений активизируется деятельность бактерий. При наличии минерального азота лете разлагается и используется микроорганизмами гумус. Внесение минеральных удобрений вызывает некоторое снижение численности актиномицетов и увеличение грибного населения, что может быть следствием сдвига реакции среды в кислую сторону в результате внесения физиологически кислых солей: актиномицеты плохо переносят подкисление, а размножение многих грибов ускоряется в более кислой среде.
Влияние удобрений на микроорганизмы, парующей дерново-подзолистой почвы (средние данные за лето)
Как видно из таблицы, минеральные удобрения хотя и активизируют деятельность микроорганизмов, уменьшают потери гумуса. Навоз, как и следовало ожидать, оказывает благоприятное действие на все группы сапротрофного микронаселения почвы.
Таким образом, за 60 лет в паровавшей почве содержание гумуса уменьшилось, но в удобрявшейся почве его потери меньше, чем в неудобренной. Это можно объяснить тем, что минеральные удобрения способствуют развитию в почве автотрофных микроорганизмов (преимущественно водорослей) и, как следствие, некоторому накоплению в парующей почве органических веществ и в конечном счете гумуса. Навоз служит прямым источником образования гумуса, накопление которого в этих условиях вполне понятно.
На делянках с такой же системой удобрения, но занятых сельскохозяйственными культурами, положение еще более благоприятное. Пожнивные и корневые остатки здесь активизируют деятельность микроорганизмов и компенсируют расход гумуса. Так, контрольная почва в севообороте содержала 1,38% гумуса, получавшая NPK — 1,46, а унавоженная — 1,96%.
В общем, минеральные удобрения в большей или меньшей степени стабилизируют уровень гумуса в зависимости от количества оставляемых пожнивных и корневых остатков. Навоз процесс стабилизации еще более усиливает. Если его вносят в больших количествах, то содержание гумуса в почве возрастает.
Внесение в почву минеральных и органических удобрений усиливает интенсивность микробиологических процессов, в результате чего сопряженно увеличивается трансформация органических и минеральных веществ.
Характерным показателем активизации микробной деятельности под влиянием удобрений служит усиление «дыхания» почвы, т. е. выделения ею С02. Это результат ускоренного разложения органических соединений почвы, в том числе гумуса.
Внесение в почву фосфорно-калийных удобрений мало способствует использованию растениями почвенного азота, но усиливает деятельность азотфиксирующих микроорганизмов.
Иногда внесение в почву минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, неблагоприятно сказывается на ее плодородии. Обычно это наблюдается на малобуферных почвах при использовании физиологически кислых удобрений. При подкислении почвы в раствор переходят соединения алюминия, токсичные для микроорганизмов почвы и растений.
Торф. Нередко удобрением служит низовой торф. Он обладает огромной влагоемкостью (полная влагоемкость достигает 90%). В сухом веществе такого торфа содержится 80—93% органических соединений, три четверти которых — гумусовые и лигниноподобные вещества. Содержание органического азота в низовом торфе колеблется в пределах 1,5—4%, причем минерализуется микроорганизмами он крайне медленно. Большой экспериментальный материал свидетельствует о том, что даже огромные дозы низового торфа (100—200 т/га) не дают существенного эффекта.
Компост. Некоторые хозяйства стремятся полностью перейти на «биологическое» земледелие, отказавшись от использования минеральных удобрений и химических средств защиты растений. Это связано с охраной окружающей среды. Однако для высоких урожаев требуются достаточно высокие дозы органических удобрений. В настоящее время для получения органических удобрений используют метод компостирования различных органических отходов. Отходы, поддающиеся компостированию, варьируют от городского мусора, представляющего собой смесь органических и неорганических компонентов, до более гомогенных субстратов, таких, как навоз, отходы растениеводства, сырой активный ил и нечистоты.
Компостирование — это экзотермический процесс биологического окисления, в котором органический субстрат подвергается аэробной биодеградации смешанной популяцией микроорганизмов в условиях повышенной температуры и влажности. В процессе биодеградации органический субстрат испытывает физические и химические превращения с образованием стабильного гумифицированного конечного продукта. Этот продукт представляет ценность для сельского хозяйства и как органическое удобрение, и как средство, улучшающее структуру почвы. Компостирование – это аэробный процесс (требующий присутствия воздуха) разложения органических твердых отходов. Поэтому сырье для компостирования обычно помещают в бурты и компостеры (компостные ящики, бочки, специальные конструкции), а не в компостные ямы, где сложней обеспечить доступ кислорода. Помимо воздуха компостирование требует поддержание внутреннего биологического тепла, высокой влажности и наличия микроорганизмов:
микроорганизмы — бактерии, в том числе актиномицеты; мицелиальные грибы и дрожжи; водоросли; вирусы;
микрофауна — простейшие;
высшие грибы;
макрофауна — двупарноногие многоножки, клещи, ногохвостки, черви, а также муравьи, термиты, пауки и жуки
Внесение извести, особенно вместе с навозом, благотворно сказывается на сапротрофной микрофлоре. Изменяя pH почвы в благоприятную сторону, известь нейтрализует вредное действие физиологически кислых минеральных удобрений.
Таким образом, влияние минеральных удобрений на урожай связано с зональным положением почв. Как уже отмечалось, в почвах северной зоны микробиологические мобилизационные процессы протекают замедленно. Поэтому на севере сильнее ощущается дефицит для растений основных элементов питания, и минеральные удобрения даже в малых дозах действуют более эффективно, чем в южной зоне. Это не противоречит известному положению о лучшем действии минеральных удобрений на фоне высокой о культуренности почвы.
Пестициды.
Химические средства защиты урожая — пестициды — используются в сельском хозяйстве очень широко. В них входят гербициды, применяемые для борьбы с сорняками, фунгициды, защищающие растения от фитопатогенных грибов, инсектициды — средства защиты от вредных насекомых, нематициды — препараты против нематод.
Гербициды вносят в почву в небольших количествах — несколько килограммов на 1 га. Водорастворимые препараты не создают в местах внесения токсичных для большинства микроорганизмов концентраций. При распылении порошков и эмульсий образуются микрозоны, в которых селекционируется микрофлора, разлагающая пестицид, но основное микронаселение почвы остается незатронутым. В то же время использование гербицидов несколько снижает количество гумуса по сравнению с необработанными почвами. Это объясняется тем, что гербициды уменьшают поступление в почву растительных остатков сорняков.
Обычно применяемые в практике дозировки пестицидов, как правило, не влияют на жизнь почвы. Однако иногда происходит задержка процесса нитрификации, так как нитрификаторы очень чувствительны к различного рода сильным воздействиям. Некоторые исследователи отмечают большую чувствительность по сравнению с другими сапротрофными микроорганизмами азотобактера и клубеньковых бактерий. Малоустойчивы к гербицидам микроскопические грибы и водоросли. Отмеченная чувствительность к пестицидам относится в основном к повышенным их дозам. На основную же массу микроорганизмов дозы, даже в 50—100 раз превышающие применяемые на практике, не оказывают существенного влияния. Несомненно, что не все микроорганизмы одинаково чувствительны к определенным препаратам. Каждое химическое соединение больше всего поражает какую-то свою «мишень». Разработка этого вопроса может способствовать выявлению микробиологических показателей наличия и детоксикации определенных гербицидов в почве. Отмеченное можно проиллюстрировать примерами. Э. А. Штиной было установлено, что Phormidium tenue погибает при незначительных концентрациях 2,4-Д, а другие организмы (Chlorella vulgaris,Nostoc punctiforme и т. д.) весьма устойчивы к действию этого гербицида. Ю. В. Круглое показал, что чувствительность водоросли Chlorella vulgaris к некоторым гербицидам приближается к чувствительности растений овса. Очевидно, Chlorella может быть использована как тест-организм при выяснении токсичности гербицидов для растений.
Обработка почвы в защищенном грунте пестицидами в последнее время запрещена. Частично стерилизовать почву для парников и теплиц можно высокой температурой (пастеризация). В таких случаях горячий пар вводят в почву при помощи специальных приспособлений. Многие фитопаразиты погибают при температуре 55—60 °С, в связи с чем почву пастеризуют нагреванием до 70 °С в течение 1 ч. За это время погибают грибы родов Sclerotinia и Phytophtora. Другие патогенные организмы гибнут еще быстрее. Если температура прогрева ниже 70 °С, то время прогревания увеличивают.
31. Эукариотические микроорганизмы (водоросли, простейшие, микромицеты), их роль в природе и сельском хозяйстве.
Эукариоты - живые существа, у которых в клетках есть ядро.
Водоросли — эукариотические организмы, осуществляющие фотосинтез с выделением кислорода и имеющие хлоропласты. Известны одноклеточные, нитчатые, колониальные (циноцитные) формы, а также многоклеточные, состоящие из слабо дифференцированных клеток и тканей, которые образуют структуру, сходную с растениями, так называемый таллом, или слоевище. Слоевища могут быть различной формы: простые нити, шнуровидные тонкие нити, шаровидные образования, пластинчатые или кустистые с ложными листьями. Некоторые водоросли можно наблюдать только под микроскопом, размеры других достигают десятков метров.
Одноклеточные водоросли могут быть без жгутиков и со жгутиками, позволяющими им активно передвигаться в воде. Большинство одноклеточных водорослей имеют два жгутика. Колониальные водоросли состоят из нескольких или многих клеток, одинаковых по форме и функциям. Многоклеточные водоросли между клетками имеют плазмодесмы.
Развиваясь в большом количестве, водоросли (сине-зеленые, некоторые зеленые, диатомовые, пирофитовые) могут приводить к «цветению воды», во время которого значительное количество организмов оседает на дно, усиливаются процессы гниения, резко уменьшается количество кислорода и повышается концентрация углекислого газа. Это приводит к летнему замору рыб. «Цветение» отрицательно отражается на водоснабжении (забиваются фильтры, вода приобретает неприятный вкус и запах).