SR-2_Stupak

№2. Характеристика почвы как среды обитания – 10 часов (16 часов для ОЗО).
Цель: составить характеристику почвы как трехфазной системы и среды обитания микроорганизмов.
На основе литературных данных заполнить таблицу:
Почвенная фаза
Свойства почвенной фазы, влияющие
на организмы
Свойства микроорганизмов, влияющие
на почвенную фазу.
Твердая
Микробы в почвах располагаются
преимущественно на поверхности твердой
фазы. Это явление называют адгезией
(адсорбцией, иммобилизацией) клеток.
Благодаря адгезии клетки удерживаются в
почвенной толще и не вымываются в фунтовые
воды, остаются на поверхности корней и
твердых питательных субстратов (целлюлоза,
лигнин, хитин).
Микроорганизмы могут очень тонко и точно
регулировать свое положение (свободное или
адгезированное), для чего у них имеется ряд
генетически
запрограммированных
особенностей. Это возможность синтеза
определенных ферментов, изменения заряда и
степени гидрофобности своей поверхности,
синтез
поверхностно-активных
веществ,
образование выростов, деление, хемотаксис и
др.
Жидкая
Для жидкой фазы почвы характерна микрозональность в отношении содержания газов,
органических веществ, рН, Eh и др. На
протяжении некоторого времени микрозоны
могут различаться и по потенциалу влаги. Он
может быть различным в течение долгого
времени в разных почвенных горизонтах.
Жидкая фаза почвы всегда содержит
некоторое
количество
минеральных,
органических и органоминеральных веществ в
молекулярном или коллоидном состоянии, а
также
растворенные
газы.
Однако
концентрация питательных веществ в почвенном растворе обычно очень мала, и развитие
микроорганизмов в объеме почвенного
раствора происходит сравнительно редко.
Главная функция
почвенного раствора
заключается
в
переносе
веществ
и
обеспечении
микроорганизмов
водой.
Снабжение питательными веществами обычно
проходит два этапа: 1) перенос питательных
веществ с почвенным раствором на твердую
поверхность и концентрирование на ней, 2)
использование адсорбированных веществ
адгезированными микробными клетками.
Раньше выделяли следующие формы воды в почве: 1)
гигроскопическую; 2) пленочную; 3) капиллярную; 4) гравитационную. В настоящее время показано, что выделение
этих форм воды не вполне оправданно, так как границы
между разными формами весьма условны.
Гигроскопическая вода образует очень тонкий слой,
который составляет сотые доли микрометра, т.е. гораздо
тоньше, чем даже самые мелкие клетки бактерий. Обычно
он в сотни раз тоньше клетки. Пленка гигроскопической
воды покрывает не только почвенные частицы, но и
гидрофильные участки клеток микроорганизмов.
При влажности воздуха больше 94% начинает
формироваться пленочная вода, причем пленки могут
быть значительно толще, чем при увлажнении до
максимальной гигроскопической. Они могут быть и
тоньше микробных клеток, и толще их — от долей
микрометра до десятка или нескольких десятков
микрометров. Условия развития микроорганизмов в
пленках разной толщины отличаются, что обусловлено
скоростью диффузии газов к клеткам, спецификой
условий диффузии других веществ и т.д. В почве обычно
одновременно имеются пленки различной толщины.
Если две пленки соединяются вместе благодаря наличию
двух близко расположенных поверхностей, то образуется
капилляр, заполненный так называемой капиллярной
водой. В каждой почве капилляры не одинаковы по
толщине, длине и конфигурации. Они могут быть и
тоньше самой мелкой микробной клетки и иметь толщину
в десятки и сотни микрометров. Развитие микроорганизмов в толстых и тонких капиллярах
специфично.
Гравитационная вода — та часть воды, которая свободно
передвигается в почве под действием силы тяжести. Это
временная форма воды в почве, которая появляется после
дождя или полива, но быстро исчезает и имеет большее
значение для транспорта веществ, чем для развития
микроорганизмов.
Степень увлажнения почвы влияет на развитие
микроорганизмов не только в связи со
степенью доступности воды, но и в связи с
тем, что количество воды во многом
определяет газовый режим почв и отдельных
микрозон. Диапазон для максимального роста
почвенных аэробных микроорганизмов очень
узок и, с одной стороны, лимитируется
активностью воды, а с другой — недостатком
кислорода.
Газовая
Почвенный воздух содержит в 10-100 раз
больше углекислоты и во много раз меньше
кислорода, чем атмосферный воздух. Содержание азота несущественно отличается от
атмосферного. Кроме того, почвенный воздух
всегда содержит пары воды и ряд микрогазов,
а также летучие органические вещества,
которые в каждый данный момент, хотя и
содержатся в небольших количествах, но из-за
быстрого круговорота, а также сильного
физиологического действия могут иметь
большое значение в балансе веществ в
экосистеме.
Почвенные микроорганизмы и корни растений
резко изменяют газовую фазу почвы. По
газовому составу почвенный воздух в десятки и
сотни раз отличается от атмосферного воздуха.
Градиент концентраций между почвой и
атмосферой поддерживается благодаря
интенсивной деятельности почвенной биоты.
Почва выступает как мощный регулятор
газового состава атмосферы.
Почвенные микроорганизмы способны
проводить прямо противоположные процессы:
образование С02 и его поглощение, связывание
атмосферного азота в процессе азотфиксации и
его выделение в процессе денитрификации,
образование водорода или недоокисленных
газообразных соединений азота и их
использование.
Контрольные вопросы:
1. Какое свойство бактерий позволяет им эффективно использовать почвенный субстрат?
2. Какой вид почвенной влаги используют микроорганизмы?
3. Каким образом почвенная микрофлора влияет на состав почвенного воздуха?
4. Какую роль играет почвенная влага для жизнедеятельности микроорганизмов?