Роль сапрофитов в создании почвы и их влияние на питание растений

585
Роль сапрофитов в создании почвы и их влияние на питание растений

Задумывались ли вы, куда деваются тонны растительного опада с деревьев, кустарников, травы? И что случилось бы, если все это оставалось целостным (нетронутым)? Скорее всего, Земля покрылась бы многометровым слоем соломы, листьев, веток и стволов деревьев, погибших животных и т. п. Ответ на этот вопрос кроется в титаническом труде огромного войска редуцентов-сапрофитов!

Сапрофиты – гетеротрофные организмы, использующие в качестве источников питания вещества из неживых (отмерших) тканей в противоположность микробам-паразитам, способным жить за счет продуктов обмена в тканях живых организмов.

САПРОФИТЫ В ПОЧВЕ

К сапрофитам принято относить грибы и микроорганизмы. В почве в большом количестве обитают простейшие одноклеточные организмы. Сферой их жизни служат заполненные водой промежутки между почвенными частицами. Они вносят колоссальную лепту в разложение органического вещества.

Сапрофитные микроорганизмы и грибы составляют группу редуцентов. Они необходимы для разложения веществ и круговорота элементов в природе.

Сапрофиты секретируют ферменты в органическое вещество, так что переваривание происходит вне организма. Образующиеся при этом растворимые продукты всасываются и усваиваются (ассимилируются) уже внутри тела сапрофита.

Из микроорганизмов в почве широко представлены бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли и простейшие. Наибольшее количество микроорганизмов встречается в верхних ее слоях, где сосредоточивается основная масса органического вещества и корней живых растений.

Бактерии – наиболее распространенный вид почвенных микроорганизмов. По способу питания они делятся на автотрофные, усваивающие углерод из углекислого газа, и гетеротрофные, использующие углерод органических соединений.Различают микроорганизмы аэробные и анаэробные. Аэробные – это организмы, которые в процессе жизнедеятельности потребляют кислород; анаэробы живут и развиваются в безкислородной среде. Необходимую для жизнедеятельности энергию они получают в результате сопряженных окислительно-восстановительных реакций. На реакции разложения и синтеза, происходящие в почве, влияют различные ферменты, вырабатываемые микроорганизмами.

Бактерии-аэробы окисляют различные органические вещества в почве, в том числе осуществляют процесс аммонификации – разложения азотистых органических веществ до аммиака, окисление клетчатки, лигнина и пр.

Разложение органических остатков гетеротрофными анаэробными бактериями называется процессом брожения (брожение углеводов, пектиновых веществ и др.). Наряду с брожением, в анаэробных условиях происходит денитрификация – восстановление нитратов до молекулярного азота, что может привести к значительным потерям азота в почвах с плохой аэрацией.

К слову, в 1 г садовой почвы содержится порядка 1 000 000 000 бактерий. Некоторые бактерии выполняют специфические функции, например, усваивают азот из воздуха и синтезируют богатые азотом органические соединения (азотобактер), другие разлагают белки до аминокислот и аммиака, третьи переводят аммиак в нитратный азот, который поглощается растениями и используется для синтеза белка. Таким образом, осуществляется круговорот азота в системе «почва – растение».

Грибы – аэробные организмы, они хорошо развиваются при кислой реакции среды, разлагают углеводы, лигнин, клетчатку, жиры, белки и другие соединения. Тонкие нити их грибниц – гифы пронизывают почву. Они также участвуют в разложении органических соединений. Кроме того, гифы выполняют важную функцию, поглощая и используя для синтеза гумусовых соединений аммиак и другие летучие вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности бактерий. Таким образом, грибы предотвращают потерю почвой азота – этого важнейшего элемента питания. Грибы участвуют также в разложении почвенных минералов, высвобождая из них элементы питания растений, в том числе фосфор.

Корни растений живут в тесном содружестве (симбиозе) с почвенными грибами, образующими из своих тел своеобразную оболочку вокруг корней – корневую микоризу. Микориза питается выделениями корней. Эти выделения содержат органические соединения, синтезирующиеся в листьях растений, – органические кислоты, сахара, аминокислоты. А для корней растений микориза полезна тем, что снабжает их доступными элементами минерального питания, высвобождающимися из минеральной части почвы в результате ее жизнедеятельности.

Другая группа микроорганизмов – актиномицеты – родственна и бактериям, и грибам. Они выполняют важную функцию расщепления сложных, не поддающихся бактериям соединений (лигнин, пектин, целлюлоза) в растительных остатках. Именно их присутствием определяется свежий земляной запах здоровой, плодородной почвы.

Кроме того, растительный мир представлен в почве водорослями. Они живут главным образом в верхних слоях почвы, куда проникает свет и где они могут синтезировать, как и все растения, органические вещества из углекислого газа воздуха. Водоросли вносят довольно существенный вклад в обогащение почвы органическим веществом, их продукция за год может достигать 1,5 т/га.

Чтобы почвенная биота смогла «взять в работу» растительные остатки, опад деревьев, отмершая материя должна пройти ряд превращений, как, например, измельчение до средних либо малых размеров. Тут на помощь приходят сапрофиты среднего и крупного размера.

К крупным сапрофитам можно отнести некоторых насекомых (жуки-кожееды, навозники, личинки ряда насекомых), некоторых ракообразных (особенно донные бокоплавы, речные раки – водные сапрофиты участвуют в биологической очистке вод), птиц (грифы, врановые).

Многочисленные более или менее крупные почвенные животные – черви, жуки, личинки жуков, многоножки, мокрицы и т. д. – измельчают и поедают растительные остатки.

Ярким представителем этой группы сапрофитов можно считать дождевого червя! Не полностью сгнившую либо свежую листву черви затаскивают в свои норы, средняя глубина которых составляет около 8 см, и уже там поедают ее.

К частичным сапрофитам относятся также многие хищники и всеядные животные.

В процессе разложения соломы в почве образуются кислоты, которые ингибируют рост растений. Фитотоксичный эффект также проявляется в задержке роста корней и хлорозе
В процессе разложения соломы в почве образуются кислоты, которые ингибируют рост растений. Фитотоксичный эффект также проявляется в задержке роста корней и хлорозе

Поступающее в почвы свежее органическое вещество представлено, преимущественно, остатками и корневыми выделениями растений, а также мертвой биомассой животных и микроорганизмов. Отмершая материя накапливается на поверхности почвы, что приводит к образованию лесной подстилки, или степного войлока. В толщу самой почвы поступают корневые остатки и корневые выделения.

Таким, образом, процессы превращения свежего органического вещества локализуются, главным образом, на поверхности почвы и в зоне ризосферы.

Превращение отмершей биомассы – многоступенчатый биологический процесс, при котором происходит не только разложение, но и синтез сложных органических соединений.

Живые существа, содержащиеся в почве, неустанно трудятся, перерабатывая грубое органическое вещество и превращая его в гумус. Их «труд» можно сравнить с желудком коровы – рубцом. Именно микрофлора рубца выполняет всю работу по производству молока. Точно так же и в почве микробы управляют процессом разрушения и создания органического вещества почвы. Это своего рода «почвенная корова», которая переваривает растительные остатки и обогащает почву доступными растениям элементами питания.

Большая часть элементов питания в почве находится не в почвенном растворе, а в связанном состоянии на почвенных частицах или входит в состав гумуса, минералов и становится доступной растениям только в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов
Большая часть элементов питания в почве находится не в почвенном растворе, а в связанном состоянии на почвенных частицах или входит в состав гумуса, минералов и становится доступной растениям только в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов

Все эти процессы протекают в нетронутой, целинной почве! Если ее поверхность нарушается – сразу изменяется состав микрофлоры и, как следствие, изменяются процессы, протекающие в ней.

КОНКУРЕНЦИЯ ЗА ЭЛЕМЕНТЫ ПИТАНИЯ

Рассмотрим пример, когда пожнивные остатки после уборки урожая заделали в почву. В этом случае деструктуризация соломы начинается, как только происходит ее контакт с грунтом. Солому немедленно атакуют грибы и микроорганизмы. Часто после этой операции последующая культура плохо себя чувствует, замедляется ее рост, заметны следы стресса у растений. Почему это происходит?

Микроорганизмам для роста необходимы карбонаты (CO3), они используют солому как источник углерода и энергии. Это значит, что микроорганизмы разрушают солому, уменьшая ее фактическую массу. В процессе разложения соломы в почве образуются продукты разложения – ванилиновая, кумаровая и бензойная кислоты, которые заметно ингибируют рост растений.

Фитотоксичный эффект продуктов разложения соломы проявляется в задержке роста корней, нарушении обмена веществ, хлорозе. Кроме фенольных соединений, образуется ряд органических кислот: муравьиная, уксусная, молочная, масляная, щавелевая, янтарная, валериановая и др., также вредных для развития корневых систем растений.

Большое значение в устранении депрессивного эффекта соломы на растения имеет азот. Так называемая азоткомпенасация (внесение азотных удобрений на поле, где остались растительные остатки после уборки предшественника) позволяет значительно уменьшить или исключить депрессивное влияние вытяжки из соломы. Наиболее пригодны для этого аммиачная селитра, КАС, сульфат аммония.

Детоксикация свежей соломы происходит за счет стимуляции азотом микробиологического компонента почвы. При этом условия разложения соломы в почве играют главную роль в характере накопления продуктов разложения органического вещества.

Фитотоксичные соединения, образовавшиеся в аэробных условиях, могут быстрее усваиваться микроорганизмами, быть связанными органическими или минеральными коллоидами либо нейтрализоваться другими соединениями в процессах гумификации.

В анаэробных условиях токсические вещества сохраняются более длительное время, особенно при невысоких температурах и недостатке азота (в холодное время года).

В теории в почву надо вносить в виде удобрений столько питательных веществ, сколько необходимо для создания растениями урожая определенной величины. Но на практике, если внести эти удобрения в живую почву, то под действием микроорганизмов они подвергнутся таким изменениям, что их влияние на урожай будет сильно отличаться от расчетного

Минеральные вещества, содержащиеся в соломе, также влияют на ход процессов разложения, поскольку потребность микроорганизмов в минеральных веществах подобна потребности в них высших растений. Как правило, для нормального разложения содержание минеральных веществ в растительных остатках достаточное, а потому они, в отличие от азота, вряд ли могут лимитировать этот процесс.
Что касается фосфора, то при соотношении 150–200:1 возможно беспрепятственное разложение растительных остатков, поэтому при содержании в них 0,2–0,3% этого элемента можно не опасаться биологического связывания фосфора почвы.

БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ

В целом различают следующие процессы, протекающие одновременно и взаимосвязано, в результате которых из горной породы образуется новое самостоятельное природное тело – почва:

1) разложение минералов горных пород и образование новых минералов, а также элементов зольного питания растений в доступных формах;

2) создание органического вещества (на поверхности породы и в ее верхних слоях), его разложение, синтез новых органоминеральных соединений в процессе гумификации и их разрушение, аккумуляция и освобождение элементов зольного и азотного питания;

3) взаимодействие минеральных и органических веществ с образованием органоминеральных соединений разной степени подвижности;

4) перемещение и осаждение в почвенной толще различных продуктов почвообразования – минеральных, органических и органоминеральных;

5) поступление влаги в почву и ее возврат в атмосферу (транспирация и испарение);

6) поглощение лучистой энергии солнца почвой, ее нагревание и излучение энергии, сопровождаемое охлаждением, и другие.

Большая часть перечисленных процессов протекает при участии живых организмов – растений и микроорганизмов. Корни высших растений проникают в породу на значительную глубину, охватывают большой объем породы, извлекая из ее толщи элементы зольной пищи (фосфор, калий, серу и др.) и азот (его присутствие в породе связано с биохимической деятельностью микроорганизмов).

Зеленые растения обладают избирательной поглотительной способностью. Сущность ее заключается в том, что корни растений усваивают химические элементы из почвенного раствора с минимальным содержанием наиболее важных для организмов веществ в присутствии больших количеств остальных соединений. Корни растений как бы переносят элементы питания из нижних горизонтов породы в верхние. Используя углекислый газ воздуха, воду, зольные элементы, азот, энергию солнца, растения синтезируют органическое вещество.

Часто анализ доступных растениям элементов питания в плодородной почве показывает очень низкое их содержание. Судя по анализам, растения должны бы испытывать сильное голодание. Однако дело в том, что на плодородных почвах элементы питания находятся не в почвенном растворе, а в связанном состоянии на почвенных частицах или входят в состав гумуса, минералов и становятся доступными растениям только в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов.

Этим объясняется также, почему часто не оправдывают себя точно рассчитанные нормы внесения удобрений. В теории в почву надо вносить в виде минеральных удобрений ровно столько питательных веществ, сколько потребляют их растения для создания урожая определенной величины. Но эти расчетные нормы оправдывают себя только на безжизненных искусственных субстратах, которые служат лишь опорой для корней растений!

Если же внести эти удобрения в живую почву, то под действием микроорганизмов они подвергнутся таким изменениям, что их влияние на урожай будет очень далеким от расчетного.

Наряду с созданием (синтезом) органического вещества происходит его разрушение (под воздействием микроорганизмов) с образованием новых минеральных соединений, доступных для следующих поколений растений. Таким образом, между растениями и почвообразующими породами, а затем и почвами возникает круговорот зольных элементов и азота. В результате его действия в верхнем слое почвы происходит постепенное накопление элементов минерального и азотного питания растений – одного из факторов плодородия.

В основе почвообразовательного процесса лежит малый биологический круговорот веществ. Органические остатки, которые накапливаются после отмирания растений на поверхности породы или в ее верхних слоях, минерализуются не полностью, часть их в процессе гумификации превращается в гумус, который содержит все элементы питания. Накопление гумуса в верхних слоях и взаимодействие гумусовых веществ с минеральной частью породы приводят к образованию почвы. Гумус содержится только в почвах, в почвообразующих породах его нет.

Таким образом, сущность почвообразовательного процесса заключается в создании (синтезе) органического вещества и его разрушении, а также во взаимодействии минеральной части породы и почвы с продуктами разложения органических остатков и гумусовыми веществами.

Елена Дудкина, ведущий агроном-технолог холдинга «Агро-Союз»

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2018

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном». Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram