Основы – Микроорганизмы в почве
Большая
часть всех микроорганизмов планеты Земля живет в почве. Вообще,
микроорганизмы живут везде – их можно встретить в любых уголках нашей планеты,
от глубин океанов до верхних слоев атмосферы. Но везде их разное
количество. Например, в воздушной среде, в
зависимости от чистоты или запыленности воздуха, можно найти от буквально
единиц до сотен или тысяч клеток бактерий в одном кубическом метре. В
водной среде – в реках, озерах, морях – их численность намного выше – мы можем
найти там миллионы клеток бактерий в кубическом сантиметре.
В почве
численность микроорганизмов на порядки выше. В ней мы находим не
миллионы, а миллиарды клеток бактерий в кубическом сантиметре.
Помимо
бактерий, почва пронизана мицелиями грибов. Там обитают одноклеточные
грибки (дрожжи). Там живут простейшие, такие как амебы и инфузории.
Часто к микроорганизмам относят и многоклеточных животных, таких как нематоды,
коловратки, и другие мелкие животные. В почве живет огромнейшее
разнообразие членистоногих, таких как клещи и насекомые.
В
результате, хотя почва занимает меньшую часть нашей планеты, и мощность
(толщина слоя) ее не велика, редко превышая десятки сантиметров, тем не менее
почва является самым большим депозитарием биологического разнообразия на
планете Земля.
Почему численность микроорганизмов в почве настолько высока? По нескольким причинам. Во-первых, из-за того, что из себя почва представляет в физическом смысле. Твердая часть почвы представляет собой агрегаты различного размера, пронизанные густой сетью трещин и капилляров толщиной всего лишь от нескольких микронов. Для микроорганизмов – это целый мир с «пещерами», «ущельями», заполненными часто водой, и там можно безопасно закрепиться на твердой поверхности, и потреблять растворенные органические вещества из жидкой среды. Удельная поверхность почвы может быть очень большой. В кубическом сантиметре почвы можно найти десятки и сотни квадратных метров твердой поверхности, на которой микроорганизмы могут закрепиться. Вторая причина, по которой в почве находится высокая численность микроорганизмов, заключается в том, что на почве растут растения. Большинство микроорганизмов – это гетеротрофы. Для своего питания они нуждаются в готовых доступных органических веществах. А растения синтезируют эти вещества через фотосинтез и постоянно выделяют их через корни в почву. Таким образом, растения подкармливают микроорганизмов; и в корнеобитаемом слое почвы (почве у и между корнями), особенно вблизи самих корней, в так называемой ризосфере, численность микроорганизмов особенно высока. Причем высока не только численность, но и разнообразие микроорганизмов. Почему? Потому что почва, в отличие водной среды, очень неоднородна. Там есть огромное количество микро-локусов с очень разными, иногда абсолютно противоположными условиями. В одном месте может быть много органического вещества; в другом – мало. Одни капилляры заполнены водой; другие – воздухом.
В итоге, в почве может существовать множество ниш, в которых могут обитать микроорганизмы с очень разными потребностями. И в одном грамме почве мы можем найти сотни и тысячи разных видов микроорганизмов. Даже если вдруг в почве нет подходящих условий для развития какого-либо вида микроорганизма, он может сохраняться там в течении очень долгого времени, годами, в ожидании того, когда такие условия наступят.
Микроорганизмы в почве не просто существуют; они осуществляют множество различных биохимических реакций: потребляют одни вещества, синтезируют другие; и благодаря их такому высокому разнообразию и численности почва превращается в мощнейшую биохимическую машину, машину, которая пропускает через себя весьма значительные потоки вещества и энергии в масштабах планеты. И циклы многих важнейших для жизни на Земле элементов, таких как углерод, азот, фосфор, так или иначе связаны с активностью почвенных микроорганизмов.
Микробы
в почве могут фиксировать азот из атмосферы, синтезируя соединения с его
содержанием, доступные для потребления живыми существами. Могут,
наоборот, разрушать какие-то соединения, возвращая в атмосферу молекулярный
азот или оксид азота. То же самое с углеродом – микроорганизмы
могут разлагать органические вещества (растительного происхождения, например) и
возвращать в атмосферу углекислый газ. Могут и консервировать углерод в
виде какого-либо трудно-разлагаемого органического вещества.
Все эти
процессы весьма интересны человеку, потому что они оказывают прямое влияние на
сельское хозяйство, на состояние окружающей среды, на климат, что особенно
актуально в последнее время в связи с попытками регулирования количества
углекислого газа в атмосфере. Поэтому человек давно пытается как-то
регулировать эти процессы. А для этого необходимо знать, как устроено
сообщество микроорганизмов в почве.
Помимо влияния на биосферу, на глобальные циклы вещества и энергии, почвенное сообщество микроорганизмов интересно человеку тем, что оно напрямую участвует в питании растений. Не только растения подкармливают микроорганизмы, но и сами микроорганизмы участвуют в снабжении растений химическими элементами, питательными веществами, ферментами, и даже гормонами роста.
Например,
все без исключения деревья и большинство трав на Земле имеют на корнях микоризу
– это симбиотические грибы, которые помогают растению усваивать воду и
минеральные вещества. Все растения семейства бобовые имеют на корнях
специальные органы-клубеньки, в которых живут симбиотические бактерии-азотфиксаторы.
Они связывают молекулярный азот из воздуха, который растения использовать не
могут, и превращают его в доступный, аммонийный азот, который растения
использовать могут.
Многие
бактерии участвуют в защите растений от других патогенных
микроорганизмов. И все эти полезные для себя микроорганизмы растения
получают из почвы. Естественно, эти связи интересны специалистам в
области растениеводства и аграрной науки как тонкие способы регуляции сельского
хозяйства.
Например, уже несколько десятилетий, человек пытается разрабатывать и употреблять так называемые био-удобрения, по сути препараты, содержащие покоящиеся формы клеток и спор микроорганизмов, например, тех же самых азотфиксирующих бактерий в клубеньках бобовых, которые вносятся на поля подобно обычным удобрениям.