Мікроорганізми і родючість грунту

Наявність органічних решток і гумусу в грунті є найважливішою умовою для розвитку корисних мікроорганізмів. З діяльністю останніх пов'я­зані родючість грунту та його окультурення.

Надзвичайно важливу роль відіграють мікроорганіз­ми у збагаченні грунту передусім на азот.

Поряд з корисними існує багато шкідливих мікро­організмів, які самі використовують легкодоступні міне­ральні сполуки і переводять їх у нерозчинний стан, зменшуючи, таким чином, кількість поживних речовин у грунті. Серед них є й такі, які живляться корисними для землеробства бактеріями, а також спричиняють псу­вання продуктів або захворювання рослин, тварин і людей.

Звідси зрозуміло, що та чи інша життєдіяльність мікроорганізмів може дуже істотно впливати па врожай сільськогосподарських рослин і на продуктивність земле­робства в цілому.

Ще на початку XX ст. було зроблено перші спроби встановити зв'язок між урожайністю сільськогосподар­ських культур і чисельністю мікроорганізмів у грунті. Було доведено, що кількість їх надзвичайно велика. В 1 т родючого грунту їх може бути до кількох мільяр­дів, а загальна маса їх в орному шарі окультуреного грунту на площі 1 га становить близько 1-3 т. Якщо взяти до уваги середню кількість гумусу в такому грун­ті, то виходить, що 2,5% його складається з клітин мік­роорганізмів. Це, здається, небагато, але треба вра­ховувати надзвичайну активність мікробів. Поверхня мікроорганізмів, що населяють орний шар на площі 1 га, досягає кількох сот гектарів. Через цю величезну по­верхню продукуються ферменти і виділяються продук­ти обміну речовин мікроорганізмів. Вони спричиняють глибокі зміни органічних і мінеральних складових час­тин грунту.

Найбільше мікроорганізмів міститься у верхніх ша­рах, але їх знаходять і в дуже глибоких шарах землі. Особливо велика кількість мікроорганізмів зосереджена в ризосфері. Це пояснюється тим, що корені виділяють у грунт певну кількість органічних сполук, переважно продуктів життєдіяльності рослин, які служать джере­лом поживи для мікроорганізмів. У свою чергу, рослини використовують продукти життєдіяльності і продукти розпаду мікроорганізмів і цим ніби „оздоровляють” умо­ви дальшого розмноження їх. Як показали численні досліди, кількість мікробів у ризосфері в десятки й сот­ні, а іноді і в тисячі разів більша, ніж поза зоною ко­ренів. Кореневу систему рослин мікроби вкривають май­же суцільним шаром.

Джерелом поживи для мікроорганізмів є також від­мираючі корінці. Багато їх скупчується й на тілах за­гиблих ґрунтових комах та тварин.

Видовий склад ґрунтових мікроорганізмів дуже різ­номанітний. До нього входять бактерії, мікроскопічні гриби, актиноміцети, мікроскопічні водорості, протозоа і близькі до них групи живих істот. Основну масу скла­дають бактерії, актиноміцети й гриби. Вони є найпро­стішими рослинними організмами з примітивною будовою і відсутністю судинної тканини. Більшість їх має здат­ність у темноті живитися розчинними формами органіч­них сполук.

Тепер доведено, що для кожного типу грунту залежно від ступеня його родючості властиві певні види мікро­організмів. Тому за допомогою мікробіологічного ана­лізу видового складу мікроорганізмів можна встановити спрямованість і інтенсивність ґрунтових процесів, а та­кож визначити вплив на грунт різних агротехнічних заходів.

Проте ні кількість, ні видовий склад ґрунтових мікро­організмів ще не визначає напруженості тих або інших процесів і їх дійсного впливу на родючість грунту. Ча­сом у грунті є велика кількість мікроорганізмів, але через несприятливі умови діяльність їх може бути пригні­чена. До умов, від яких залежить інтенсивність життє­діяльності ґрунтових мікроорганізмів, належать: темпе­ратура, вологість і реакція середовища, а також склад органічних речовин та надходження повітря.

Досліди показали, що мінімальна температура, за якої ще можлива життєдіяльність більшості ґрунтових мікроорганізмів, становить близько +3°. При нижчій температурі розвиток мікроорганізмів припиняється, а це значно послаблює процес нагромадження в грунті легкодоступних для рослин поживних речовин. За таких умов винятково важливого значення набуває раннє про­ведення відповідних польових робіт навесні, спрямова­них на швидше прогрівання грунту, а також здійснення заходів поліпшення живлення рослин на посівах озимих культур завдяки внесенню добрив у легкозасвоюваній формі (підживлення).

Максимальна температура, за якої ще може відбува­тися життєдіяльність більшості мікроорганізмів (за ви­нятком особливих термофільних мікробів), становить +45°. Оптимальною вважається температура 20-35°.

Не менш важливим фактором для життєдіяльності мікроорганізмів є волога. Волога і тепло взаємопов'я­зані між собою. Нестача або надмір вологи чи тепла призводить до значного уповільнення розкладу органіч­ної маси. Волога потрібна мікробам і для живлення, оскільки вони вбирають поживні речовини у водному розчині.

Оптимальна вологість грунту, за якої розклад орга­нічної речовини відбувається найінтенсивніше, становить близько 60% від повної вологоємності. У зв'язку із змі­нами вологості грунту протягом року розклад рослин­них решток проходить нерівномірно. Найінтенсивніше він відбувається у першій половині літа, коли воло­гість і температура грунту оптимальні.

Щодо реакції ґрунтового середовища, то різні групи мікроорганізмів ставлять неоднакові вимоги. Так, бак­терії найкраще розвиваються в нейтральному або слабо-лужному середовищі. Кисла реакція пригнічує їх. Гриби, навпаки, добре розвиваються в умовах кислої реакції ґрунтового розчину.

6. Особлива роль бактерій у синтезі поживних мінеральних сполук

Серед мікроорганізмів грунту переважають бактерії. На них припадає близько 70% ґрунтової мікрофлори. Бактерії відіграють особливо важливу роль у розкладі органічної речовини грунту, в утворенні гумусу і синте­зі легкорозчинних, доступних для живлення рослин мі-каральних сполук.

Бактерії поділяють на дві основні групи за їх відно­шенням до повітря: аеробні, які живуть і розмножую­ться лише в умовах вільного надходження молекуляр­ного кисню з повітря, і анаеробні, які для свого життя не потребують кисню повітря. Деякі бактерії мо­жуть жити як при наявності повітря, так і без нього. Їх називають факультативними, або умовни­ми, анаеробами.

В аеробних умовах рослинні рештки мінералізуються. При цьому вуглець окисляється до вуглекислого газу, водень - до води, амоній - до азотистої і азотної кис­лот, оксид фосфору - до фосфорної, а сірка - до сірча­ної кислоти. Водночас окисляються й такі основи, як кальцій, магній, калій, натрій та інші, які, взаємодіючи з кислотами, утворюють розчинні у воді солі, доступні для живлення рослин.

Аеробний процес розкладу органічних речовин най­активніше відбувається на пухких грунтах, особливо піщаних.

Анаеробні мікроорганізми беруть кисень, потрібний їм для дихання і окислення, з різних окислених хіміч­них сполук, внаслідок чого в грунті утворюються во­день, метан, молекулярний азот, сірководень та інші речовини, які рослина не може використовувати для живлення. При тривалому розвитку анаеробного проце­су (наприклад, на перезволожених грунтах, де через надмірну кількість води у грунті мало повітря) рослин­ні рештки розкладаються надто повільно, ніби консер­вуються, а органічна речовина починає нагромаджува­тись, утворюючи торф.

Особливо важливе виробниче значення в землероб­стві мають біохімічні процеси, пов'язані з перетворен­ням у грунті азоту. Це — амоніфікація, нітрифікація і денітрифікація.

Амоніфікація (від амоній та лат. facio — роб­лю) — це процес розкладу органічних азотовмісних ре­човин з виділенням аміаку, який використовують росли­ни як джерело азоту. Амоніфікація має велике значен­ня в землеробстві тому, що більшість азотовмісних речо­вин грунту (99%) припадає на органічні сполуки, які рослинами не засвоюються. Під дією різних груп мікроорганізмів (гнильних бактерій, актиноміцетів, плісене­вих грибів, уробактерій та ін.) відбувається розклад білків, пептонів, амінокислот і інших азотовмісних спо­лук з утворенням аміаку.

Процес амоніфікації білків, що входять до складу гною або інших добрив, може відбуватись як в аероб­них, так і в анаеробних умовах. Аміак утворюється та­кож при розкладанні гумусу. Щоб прискорити цей про­цес, застосовують відповідні заходи обробітку грунту, які поліпшують його аерацію та сприяють розвитку аеробних гнильних мікроорганізмів.

Нітрифікація (від грецьк. nitro - селітра і лат. facіо — роблю) — біохімічний процес перетворення аміаку в солі азотної кислоти. Цей процес відбувається так. Нітритні бактерії (Nіtrosomonas і ін.) окислюють аміак до азотистої кислоти:

2NНз + 3О₂ == 2НNО₂ + 2Н₂О + 158 ккал.

Нітратні бактерії (Nitrobacter) окислюють азотисту кислоту до азотної:

2НNO₃ + О₂ = 2НNО₃ + 48 ккал.

Азотна кислота негайно вступає в реакцію з наявни­ми в грунті основами й дає ряд азотнокислих солей: NаNО₃, КNО₃ і Са(NО₃)₂. Ці солі е найбільш доступни­ми для рослин. Цінність нітрифікації полягає ще й у тому, що нітра­ти мають високу розчинність у воді і не вбираються грунтом, стаючи джерелом постійного азотного живлення для рослин. Після дощів або поливу нітрати швидко розчиняються у воді й можуть опускатися в глибші го­ризонти грунту і навіть вимиватися в грунтові води. Разом з водою вони можуть знову підніматися до самої поверхні грунту і в разі його підсихання утворювати кі­рочку. Це може повторюватися багато разів. Таке яви­ще називається міграцією нітратів.

Найінтенсивніше нітрифікація відбувається на грун­тах, які містять достатню кількість перегною, мають добру структуру, нейтральну або слаболужну реакцію, добре провітрюються, мають вологість у межах 40-70% від повної вологоємності і сприятливу температу­ру — 25-30°. За таких умов протягом літа в орному шарі грунту може нагромадитися близько 300 кг нітра­тів на гектар.

Анаеробні умови й кисле середовище згубні для нітрифікуючих бактерій, через що їх завжди найменше на кислих грунтах.

Щоб створити більш сприятливі умови для їх розвит­ку, кислі грунти слід вапнувати.

Денітрифікація - відновлення (розклад) мікроорганізмами-денітрифікаторами нітратів грунту з утворенням аміаку і вільного азоту, який надходить в атмосферу.

Денітрифікуючі бактерії належать до факультатив­них анаеробів, які інтенсивніше розвиваються в умо­вах обмеженого доступу повітря або зовсім без доступу його. За таких умов бактерії відбирають кисень у ніт­ратів і нітритів та окислюють ним безазотисті органіч­ні речовини — вуглеводи, солі органічних кислот тощо.

Для землеробства денітрифікація процес небажаний, оскільки він призводить до збіднення грунту на важли­ві для рослин сполуки азоту. Найінтенсивніше вона про­являється при нестачі в грунті повітря, а також при заорюванні соломи або дуже соломистого гною, на важ­ких глинистих грунтах і при надмірній вологості. Про­те тепер доведено (Є. М. Мішустін), що й на окульту­рених грунтах, які мають добру структуру та нормальну вологість, певна кількість азотнокислих сполук віднов­люється. Це пояснюється тим, що в кожному грунті є мікрозони, недостатньо забезпечені киснем.

Щоб послабити денітрифікацію, на важких грунтах треба проводити додаткові розпушування, а в районах надмірного зволоження вживати заходи, спрямовані на відведення зайвої ґрунтової води. Слід мати на увазі, що процес денітрифікації помітно посилюється, якщо вносять високі дози азотних добрив. Підвищити коефі­цієнт використання їх можна з допомогою агротехнічних заходів і насамперед при додержанні науково обгрунто­ваного чергування культур у сівозміні.

Крім описаних тут груп бактерій відомо багато й інших мікроорганізмів, що відіграють важливу роль у мінералізації органічних речовин і засвоєнні молекуляр­ного азоту.

Ще в 1893 р. видатний російський мікробіолог С. М. Виноградський (1856-1953) уперше виді­лив анаеробну спороносну бактерію Clostridium pasterianum, яка засвоює газоподібний азот. Пізніше було виявлено ряд інших анаеробних мікроорганізмів, здатних фіксувати молекулярний азот. Вони невибагливі і трапляються в усіх грунтах. У 1901 р. була відкрита аеробна бактерія Azotobacter chroococcum, яка засвоює молекулярний азот з повітря. Ці бактерії дуже вимогливі до вологи і до субстрату. Найбільше таких бактерій на родючих грунтах, де протягом літа вони можуть нагромадити в середньому 30-35 кг азоту на гектар. На кислих грунтах азотобактера немає зовсім. Багато й інших ґрунтових мікроорганізмів (мікроскопіч­ні гриби, актиноміцети і водорості) визначені тепер як азотфіксатори.

Крім мікроорганізмів, які живуть у грунті вільно, молекулярний азот можуть зв'язувати деякі мікроби, що живуть у симбіозі (від грецького — співжиття) з вищими рослинами, зокрема з бобовими. Здавна було відомо, що бобові рослини підвищують родючість грун­ту. Про це писали понад 2000 років тому римські пись­менники — Катон і Варрон. Давно було відомо і про наявність бульбочок на коренях бобових рослин. Але лише в другій половині минулого століття відомий ро­сійський вчений ботанік М.С. Воронін довів, що в бульбочках живуть мікроскопічні істоти. Це були буль­бочкові бактерії.

Рослина, на коренях якої оселяються бульбочкові бактерії, постачає їм цукри і мінеральні речовини, а бактерії в процесі своєї життєдіяльності засвоюють віль­ний азот повітря й переводять його в органічні сполуки, які перетворюються на поживу для рослин.

Значення бульбочкових бактерій у землеробстві ве­личезне. Залежно від виду рослин та умов симбіозу, за період вегетації бобових на гектарі посіву вони можуть зв'язати до 200 і більше кілограмів атмосферного азоту, збагачуючи ним грунт. Щоб уявити собі вагомість цієї цифри, досить сказати, що така кількість азоту міститься в 40 г гною, тобто в повній його нормі, яку вносять на гектар під час оранки.

Тут розглянуто кілька найважливіших процесів пе­ретворення в грунті азотних сполук з допомогою мікро­організмів. Відповідним чином, з допомогою інших мік­роорганізмів, відбуваються й процеси перетворення спо­лук фосфору, сірки, заліза, калію та мікроелементів.

Поряд з цим мікроорганізми грунту виділяють речо­вини, наявність яких навіть у незначних кількостях сти­мулює розвиток рослин і мікроорганізмів. Вони дістали назву „ ростових речовин”, „регуляторів росту”, „факто­рів росту”. З іншого боку, мікроорганізми виділяють так звані антибіотичні речовини, які служать для пригнічен­ня інших видів.

Важливим у життєдіяльності мікроорганізмів є виді­лення в навколишнє середовище великої кількості різ­них ферментів — специфічних білкових речовин, здатних прискорювати проходження біохімічних реакцій в жи­вих організмах. На підставі даних про активність фер­ментів можна робити висновок про активність грунту, виявляти інтенсивність біохімічних процесів у різних горизонтах орного шару, встановлювати вплив різних добрив, ефективність заходів меліорації.

Завдяки застосуванню найновіших прийомів мікроскопічного дослідження та інших аналі­тичних методів, у грунті виявлено багато невідомих ра­ніше мікроскопічних істот. Чисельність мікробів у грунті виявилася принаймні в тисячу разів більшою, ніж це здавалося.

В грунті невпинно відбуваються бурхливі мікробіологічні процеси, які мають вирішальний вплив на його родючість і на про­дуктивність землеробства.

У зв’язку з цим для землеробства особливо великого значення набуває здійснення заходів, спрямованих на регулювання і активізацію мікробіологічних процесів у грунті. Насамперед відповідною агротехнікою треба створювати умови, в яких найкраще розвиваються мікро­організми, що засвоюють азот і перетворюють його на доступні для рослин мінеральні сполуки. Найважливі­ше значення серед цих умов, як уже зазначалося, мають наявність у грунті органічних речовин, сприятли­вий водно-повітряний і тепловий режими, близька до нейтральної реакція ґрунтового розчину.

Дата добавления: 2015-10-21