Сельскохозяйственная экология

3.Почвенно-биотический комплекс

Почвенная биота.Почва — сложнейшая система, одним из основных функциональных компонентов которой являются населяющие ее живые организмы. От деятельности этих организмов зависят характер и интенсивность биологического круговорота веществ, масштабность и интенсивность фиксации основного биогенного элемента — атмосферного азота, способность почвы к самоочищению и пр.

Огромная роль живых организмов в создании плодородия почв признавалась классиками отечественного почвоведения. В. В. Докучаев — основатель учения о почве как особом природном теле. Он впервые обратил внимание на значение микроорганизмов в процессе почвообразования. Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку — педосфсру. Почва — продукт совместного воздействия климата, растительности, животных и микроорганизмов на поверхностные слои горных пород. В этой сложнейшей системе непрерывно происходят синтез и разрушение органического вещества, круговорот элементов зольного и азотного питания растений, детоксикация различных загрязняющих веществ, поступающих в почву, и т. д. Эти процессы осуществляются благодаря уникальному строению почвы, которое представляет собой систему взаимосвязанных твердой, жидкой, газообразной и живой составляющих. Например, воздушный режим почвы тесно связан с ее влажностью. Оптимальное сочетание этих факторов способствует лучшему развитию высших растений. Последние, продуцируя большую биомассу, поставляют больше пищевого и энергетического материала для населяющих почву живых организмов, что улучшает их жизнедеятельность и способствует обогащению почвы питательными веществами и биологически активными соединениями. Твердая фаза почвы, в которой в основном сосредоточены источники питательных и энергетических веществ — гумус, органо-минеральные коллоиды, катионы Са²⁺, ·I Mg^2- на поверхности почвенных частиц, взаимосвязана с почвенно-биотическим комплексом (ПБК). Состав ПБК.В процессе превращения веществ и формирования потоков энергии огромную роль играют населяющие почву живые организмы, составляющие ПБК, без которого нет и не может быть почвы. ПБК представлен весомой (по массе) и разнообразной группой организмов. Среди животных организмов биосферы обитатели почвы характеризуются наибольшей биомассой. Все эти организмы находятся в постоянном взаимодействии; они очень динамичны в пространстве и во времени; некоторые из них обладают необычайно мощным ферментативным аппаратом и способностью выделять в окружающую среду различные токсины.

От деятельности почвенной биоты зависит плодородие почвы, ее «здоровье», качество сельскохозяйственной продукции, состояние окружающей среды. Знание особенностей функционирования ПБК в различных экологических условиях принципиально важно для создания продуктивных и устойчивых агроэкосистем, производства экологически безопасной сельскохозяйственной продукции и минимизации загрязнения биосферы. Структурно-функциональная организация ПБК в различных экологических условиях.Почва — часть биосферы, где действуют различные экологические факторы; поэтому в природе существует множество почвенных типов и их разновидностей с различным проявлением биологических процессов. Типы связей в почвенном биотическом сообществе.Населяющие почву живые организмы взаимодействуют между собой и с абиотической средой. Эти взаимодействия основываются либо на трофическом, либо на метаболическом характере связей, рассмотренных в главе 3. Характер этих взаимодействий и взаимоотношений определяет уровень почвенного плодородия и состояние «здоровья» земли. Пример трофического типа связи —связь в системе хищник—жертва. В почвенной среде эта связь выражается между животными и микроорганизмами, которыми они питаются.

Существующие в природных экосистемах взаимодействия объясняют многие процессы, происходящие в почве. Например, трансформация растительных остатков протекает в результате синтрофных и метаболических взаимоотношений, когда одна группа популяции потребляет продукты, которые образуют их предшественники. Яркий пример — нитрифицирующие бактерии. Нитробактерии потребляют нитраты, продуцируемые нитрозными бактериями.

Синтрофный тип отношений лежит в основе очень важного с точки зрения «здоровья» земли процесса самоочищения почвы — в основе удаления токсичных продуктов обмена (когда субстрат потребляется смешанными популяциями). В агроэкосистемах с преобладанием бессменного выращивания одной культуры, Метаболические (аллелохимические) связи проявляются в том, что населяющие почву живые организмы выделяют в окружающую среду различные продукты, выполняющие функции сигнальных метаболитов и влияющие на рост и развитие растений. Например, микроорганизмы выделяют во внешнюю среду физиологически активные вещества разной химической природы, которые действуют на другие организмы уже в малых концентрациях и выполняют функцию сигнала для работы системы. Продукты метаболизма микроорганизмов (витамины, аминокислоты, ауксины, антибиотики, ферменты и др.) поступают в растения, играя важную роль в их росте и развитии. Наиболее активные продуценты витаминов — микроорганизмы родов Bacillus и Pseudomonas. Некоторые микроорганизмы способны продуцировать гиббереллиновые и гиббереллиноподобные вещества, которые ускоряют фотохимическую и темновую фиксацию азота, вызывают пробуждение семян и ускоряют их прорастание, стимулируют Цветение длиннодневных растений при неблагоприятном фоторежиме.

Большое значение имеет симбиотический (мутуалистический) тип ассоциации. Пример — клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, связи в лишайнике между грибами и водорослями, микориза (или грибокорень), играющая большую роль в обеспечении древесных растений элементами питания, особенно фосфором и калием. Связь обычно осуществляется через питание: микроорганизмы снабжают хозяина витаминами, стиролами, а от него получают кров и пищу. Отсутствие спор грибов в почве иногда бывает причиной неудач при закладке питомников и посадке культур, особенно на площадях, не бывших под лесом, например в степи.

Отмечая множество биологических взаимодействий, следует подчеркнуть, что они не постоянны, а могут меняться в процессе развития ценоза и в зависимости от условий окружающей среды, что необходимо учитывать при конструировании агроэкосистем и проведении хозяйственных мероприятий.

Характеристика микробного комплекса.Микроорганизмы — наиболее изученная группа почвенного бионаселения. Микроскопическое население почвы чрезвычайно велико и разнообразно. Основные группы почвенного микронаселения: бактерии, грибы, актиномицеты, многочисленные водоросли. Эти организмы характеризуются исключительно малыми размерами (масса бактериальной клетки составляет 2,92·10г¹²г, размер 0,5...1,0мкм в поперечнике). Для них характерны короткая продолжительность жизни (от нескольких часов до нескольких дней), необычайно высокая ферментативная активность, высокая чувствительность к малейшим изменениям окружающей среды и способность к продуцированию токсинов (микотоксинов), например у грибов при определенных условиях. Роль микроорганизмов в круговороте веществ.Микроорганизмы играют основную роль в круговороте веществ в биогеоценозах, минерализуя органические остатки и замыкая таким образом биологические циклы экосистем.

Трансформация органических веществ и обмен газообразных продуктов микробного метаболизма сопровождаются взаимодействием почвенных микроорганизмов с первичными и вторичными минералами почвы.

Минеральная часть почвы разрушается под воздействием различных неорганических и органических кислот, щелочей, ферментов и других соединений — продуктов жизнедеятельности почвенных микроорганизмов. Выделяющийся в процессе дыхания микроорганизмов диоксид углерода способствует растворению минералов. Гумус накапливается в результате длительного и разнообразного взаимодействия и взаимовлияния населяющих почву организмов и высших растений. Почвенное плодородие, основу которого составляют гумусовые вещества, зависит от структуры и активности почвенной микробиоты.

Почвенные микроорганизмы обладают уникальной способностью фиксировать газообразный, атмосферный азот и переводить его в усвояемые для растений соединения. Азот, фиксируемый почвенными микроорганизмами Микроорганизмы — показатели антропогенного загрязнения экосистем.Микроорганизмы, обладая исключительной чувствительностью и большим видовым разнообразием, могут служить хорошими индикаторами состояния экосистем. Так, в условиях повышенного загрязнения биогеоценозов токсичными тяжелыми металлами, переуплотнения почвы изменяется комплекс микробиологических показателей.

Микробная трансформация органических токсичных соединений в почве.Высокая ферментативная активность микроорганизмов определяет их главенствующее значение в процессах разложения токсикантов в почве. Значение почвы в агроэкосистемах.Почва — главное средство сельскохозяйственного производства и основа агроэкосистем. Человечество получает из почвы около 95 % всех продуктов питания. Забота о сохранении почвенного плодородия, «здоровья» почвы должна быть приоритетной в сельскохозяйственном производстве.

Почва представляет собой жизненное пространство, обеспечивающее обитание живых организмов.

Почва является механической опорой произрастающей на ней растительности. Незаменима роль почвы как хранителя семян. Способность почвы хранить семена в течение нескольких лет без потери всхожести объясняется наличием веществ, ингибирующих прорастание семян. Тем самым в природе поддерживаются биоразнообразие и способность к обновлению растительных популяций.