Почва биологии является изучение микробиологических и фаунистического деятельности и экологии в почве . Почвенная жизнь , почвенная биота , почвенная фауна или эдафон - это собирательный термин, который охватывает все организмы, которые проводят значительную часть своего жизненного цикла в пределах почвенного профиля или на границе раздела почва- подстилка . Эти организмы включают дождевых червей , нематод , простейших , грибов , бактерий , различных членистоногих., а также некоторые рептилии (например, змеи ) и виды роющих млекопитающих, такие как суслики , кроты и луговые собачки . Биология почвы играет жизненно важную роль в определении многих характеристик почвы. Разложение органического вещества почвенными организмами оказывает огромное влияние на плодородие почвы , рост растений , структуру почвы и накопление углерода . Поскольку это относительно новая наука, многое остается неизвестным о биологии почвы и ее влиянии на почвенные экосистемы .
Обзор
Почва является домом для значительной части мирового биоразнообразия . Связи между почвенными организмами и функциями почвы невероятно сложны. Взаимосвязанность и сложность этой почвенной «пищевой сети» означает, что любая оценка функции почвы обязательно должна учитывать взаимодействие с живыми сообществами , существующими в почве. Мы знаем, что почвенные организмы разрушают органические вещества , делая питательные вещества доступными для усвоения растениями и другими организмами. Питательные вещества, хранящиеся в телах почвенных организмов, предотвращают потерю питательных веществ в результате вымывания . Микробные экссудаты поддерживают структуру почвы , а дождевые черви играют важную роль в биотурбации . Однако мы обнаруживаем, что не понимаем критических аспектов того, как эти группы функционируют и взаимодействуют. Открытие гломалина в 1995 году указывает на то, что нам не хватает знаний, чтобы правильно ответить на некоторые из самых основных вопросов о биогеохимическом цикле в почвах. Впереди еще много работы, чтобы лучше понять экологическую роль биологических компонентов почвы в биосфере .
В сбалансированной почве растения растут в активной и устойчивой среде. Минеральное содержание почвы и ее heartiful [слово?] Структура имеют важное значение для их благополучия, но это жизнь на земле , что полномочия его циклов и обеспечивает ее плодородие. Без деятельности почвенных организмов органические материалы накапливались бы и засоряли поверхность почвы, и не было бы пищи для растений. Почвенная биота включает:
- Мегафауна: размерный диапазон - 20 мм и выше, например, кроты , кролики и грызуны .
- Макрофауна: размер от 2 до 20 мм, например мокрицы , дождевые черви , жуки , многоножки , слизни , улитки , муравьи и лесозаготовители .
- Мезофауна : размерный диапазон от 100 микрометров до 2 мм, например тихоходки , клещи и коллембол .
- Микрофауна и микрофлора : размер от 1 до 100 микрометров, например дрожжи , бактерии (обычно актинобактерии ), грибы , простейшие , круглые черви и коловратки .
Из них бактерии и грибки играют ключевую роль в поддержании здоровья почвы. Они действуют как разлагатели , разрушающие органические материалы с образованием детрита и других продуктов распада. Детритивы почвы , такие как дождевые черви, поглощают детрит и разлагают его. Сапротрофы , хорошо представленные грибами и бактериями, извлекают растворимые питательные вещества из дельитро. Муравьи (макрофауны) помогают, разрушаясь таким же образом, но они также обеспечивают движущуюся часть, когда они передвигаются в своих армиях. Также грызуны, едоки древесины, помогают почве быть более впитывающей.
Сфера
Биология почвы предполагает работу по следующим направлениям:
- Моделирование биологических процессов и популяционной динамики.
- Биология, физика и химия почв : влияние физико-химических параметров и свойств поверхности на биологические процессы и поведение популяций
- Популяционная биология и молекулярная экология : методологическая разработка и вклад в изучение микробных и фаунистических популяций; разнообразие и динамика населения ; генетические трансферы, влияние факторов окружающей среды
- Экология сообщества и процессы функционирования: взаимодействие между организмами и минеральными или органическими соединениями ; участие таких взаимодействий в патогенности почвы ; преобразование минеральных и органических соединений, круговорот элементов ; структурирование почвы
Обязательно используются дополнительные дисциплинарные подходы, которые включают молекулярную биологию , генетику , экофизиологию, биогеографию , экологию, почвенные процессы, органическое вещество, динамику питательных веществ [1] и экологию ландшафта .
Бактерии
Бактерии - одноклеточные организмы и самые многочисленные представители сельского хозяйства, численность которых колеблется от 100 миллионов до 3 миллиардов на грамм. Они способны очень быстро воспроизводиться путем двойного деления (деления на две части) в благоприятных условиях. Одна бактерия способна произвести на 16 миллионов больше всего за 24 часа. Большинство почвенных бактерий живут близко к корням растений и часто называются ризобактериями. Бактерии живут в почвенной воде, в том числе в пленке влаги, окружающей частицы почвы, а некоторые способны плавать с помощью жгутиков . Большинство полезных почвенных бактерий нуждаются в кислороде (и поэтому называются аэробными бактериями), в то время как те, которым не нужен воздух, называются анаэробными и имеют тенденцию вызывать гниение мертвого органического вещества. Аэробные бактерии наиболее активны в почве, которая влажная (но не насыщенная, так как это лишит аэробные бактерии необходимого им воздуха), нейтрального pH почвы и там, где много пищи ( углеводы и микроэлементы из органических веществ). имеется в наличии. Враждебные условия не убивают бактерии полностью; скорее, бактерии перестанут расти и перейдут в стадию покоя, и люди с проадаптивными мутациями могут лучше конкурировать в новых условиях. Некоторые грамположительные бактерии производят споры, чтобы дождаться более благоприятных обстоятельств, а грамотрицательные бактерии переходят в «некультивируемую» стадию. Бактерии колонизируются стойкими вирусными агентами ( бактериофагами ), которые определяют порядок слов в генах бактериального хозяина.
С точки зрения органического садовода, бактерии играют важную роль:
Нитрификация
Нитрификация - жизненно важная часть азотного цикла , при которой определенные бактерии (которые производят собственные запасы углеводов без использования процесса фотосинтеза) способны преобразовывать азот в форме аммония , который образуется при разложении белков , в нитраты , которые доступны для выращивания растений и снова превращаются в белки.
Фиксация азота
В другой части цикла процесс азотфиксации постоянно вводит дополнительный азот в биологический круговорот. Это осуществляется свободноживущими азотфиксирующими бактериями в почве или воде, такими как Azotobacter , или теми, которые живут в тесном симбиозе с бобовыми растениями, такими как ризобии . Эти бактерии образуют колонии в клубеньках, которые они создают на корнях гороха , бобов и родственных ему видов. Они способны преобразовывать азот из атмосферы в азотсодержащие органические вещества. [2]
Денитрификация
В то время как азотфиксация преобразует азот из атмосферы в органические соединения, ряд процессов, называемых денитрификацией, возвращает примерно равное количество азота в атмосферу. Денитрифицирующие бактерии, как правило, являются анаэробами или факультативно анаэробами (могут меняться между кислородзависимым и кислороднезависимым типами метаболизма), включая Achromobacter и Pseudomonas . Процесс очистки, вызванный бескислородными условиями, превращает нитраты и нитриты в почве в газообразный азот или в газообразные соединения, такие как закись азота или окись азота . Чрезмерная денитрификация может привести к общей потере доступного почвенного азота и последующей потере плодородия почвы . Однако фиксированный азот может многократно циркулировать между организмами и почвой, прежде чем денитрификация вернет его в атмосферу. Диаграмма выше иллюстрирует азотный цикл.
Актинобактерии
Актинобактерии играют важную роль в разложении органических веществ и образовании гумуса . Они специализируются на разрушении целлюлозы и лигнина, а также жесткого хитина, обнаруженного на экзоскелетах насекомых. Их присутствие отвечает за сладкий «землистый» аромат, связанный с хорошей здоровой почвой. Им требуется много воздуха и pH от 6,0 до 7,5, но они более терпимы к засушливым условиям, чем большинство других бактерий и грибов. [3]
Грибы
В грамме садовой почвы может содержаться около миллиона грибов , таких как дрожжи и плесень . У грибов нет хлорофилла , и они не способны к фотосинтезу . Они не могут использовать атмосферный углекислый газ в качестве источника углерода, поэтому они хемогетеротрофны , что означает, что, как и животные , им требуется химический источник энергии, а не возможность использовать свет в качестве источника энергии, а также органические субстраты для получать углерод для роста и развития.
Многие грибы являются паразитическими, часто вызывая болезни у своих живых растений-хозяев, хотя некоторые из них имеют благоприятные отношения с живыми растениями, как показано ниже. Что касается образования почвы и гумуса, наиболее важные грибы имеют тенденцию к сапротрофности ; то есть они живут за счет мертвого или разлагающегося органического вещества, тем самым разрушая его и преобразовывая в формы, доступные высшим растениям. Череда видов грибов колонизирует мертвое вещество, начиная с тех, которые используют сахар и крахмал, на смену им приходят те, которые способны расщеплять целлюлозу и лигнины .
Грибки распространяются под землей, рассылая по почве длинные тонкие нити, известные как мицелий ; эти нити можно наблюдать во многих почвах и компостных кучах. Из мицелия грибы могут выбрасывать свои плодовые тела, видимые части над почвой (например, грибы , поганки и клубни ), которые могут содержать миллионы спор . Когда плодовое тело лопается, эти споры рассеиваются по воздуху, оседают в свежей среде и могут находиться в состоянии покоя до многих лет, пока не возникнут правильные условия для их активации или не будет предоставлена подходящая пища.
Микоризы
Эти грибы, которые способны симбиозе жить с живыми растениями, создавая отношения , которые полезны для обоих, известны как микоризы (от мико смысл грибных и rhiza означает корень). В корневые волоски растений вторгается мицелий микоризы, который живет частично в почве и частично в корне и может покрывать корневые волоски по всей длине как оболочка или концентрироваться вокруг их кончика. Микориза получает необходимые ей углеводы из корня, в свою очередь обеспечивая растение питательными веществами, включая азот и влагу. Позже корни растений также впитают мицелий в свои ткани.
Полезные микоризные ассоциации можно найти во многих наших съедобных и цветущих культурах. Шевелл Купер предполагает, что они включают не менее 80% семейств капустных и пасленовых (включая томаты и картофель ), а также большинство древесных пород, особенно в лесах и лесных массивах. Здесь микоризы создают тонкую подземную сетку, которая выходит далеко за пределы корней дерева, значительно увеличивая диапазон их питания и фактически заставляя соседние деревья физически соединяться между собой. Польза микоризных отношений для их партнеров-растений не ограничивается питательными веществами, но может иметь важное значение для воспроизводства растений. В ситуациях, когда мало света может достигать лесной подстилки, например, в сосновых лесах Северной Америки , молодые саженцы не могут получить достаточно света для фотосинтеза и не будут нормально расти в стерильной почве. Но если земля покрыта микоризным ковриком, то развивающийся саженец выбрасывает корни, которые могут соединяться с нитями грибов и через них получать необходимые ему питательные вещества, часто косвенно полученные от его родителей или соседних деревьев.
Дэвид Аттенборо указывает на взаимоотношения растений, грибов и животных, которые создают «трехстороннее гармоничное трио», которое можно найти в лесных экосистемах , где симбиоз растений и грибов усиливается такими животными, как дикий кабан, олень, мыши или белка-летяга. , которые питаются плодовыми телами грибов, в том числе трюфелями, и вызывают их дальнейшее распространение ( Private Life Of Plants , 1995). Лучшее понимание сложных взаимоотношений, которые пронизывают естественные системы, является одним из основных оправданий садовода-органика , который воздерживается от использования искусственных химикатов и ущерба, который они могут причинить. [ необходима цитата ]
Недавние исследования показали, что арбускулярные микоризные грибы производят гломалин - белок, который связывает частицы почвы и накапливает углерод и азот. Эти почвенные белки, связанные с гломалином, являются важной частью органического вещества почвы . [4]
Насекомые и млекопитающие в почве
Дождевые черви, муравьи и термиты перемешивают почву, роясь в ней, значительно влияя на формирование почвы. Дождевые черви поглощают частицы почвы и органические остатки, увеличивая доступность питательных веществ для растений в материале, который проходит через их тела и выходит из них. Аэрируя и перемешивая почву, а также повышая стабильность почвенных агрегатов, эти организмы помогают обеспечить быстрое проникновение воды. Эти организмы в почве также помогают повысить уровень Ph.
Муравьев и термитов часто называют «почвенными инженерами», потому что, когда они создают свои гнезда, в почву вносятся несколько химических и физических изменений. Среди этих изменений - увеличение присутствия наиболее важных элементов, таких как углерод, азот и фосфор - элементов, необходимых для роста растений. [5] Они также могут собирать частицы почвы с разной глубины и откладывать их в других местах, что приводит к перемешиванию почвы, что делает ее более богатой питательными веществами и другими элементами.
Почва также важна для многих млекопитающих. Суслики, кроты, луговые собачки и другие роющие животные полагаются на эту почву для защиты и пропитания. Животные даже возвращаются в почву, поскольку их роя позволяет большему количеству дождя, снега и воды изо льда попадать в почву вместо того, чтобы создавать эрозию. [6]
Смотрите также
- Сельскохозяйственное почвоведение
- Агроэкология
- Биогеохимический цикл
- Компост
- Нитрификация
- Азотный цикл
- Почва
- Пищевая сеть почвы
- Почвенная мезофауна
- Микробиология почвы
- Почвоведение
Рекомендации
- ^ Очоа-Уэсо, R; Delgado-Baquerizo, M; Король, ЗБТ; Benham, M; Arca, V; Power, SA (февраль 2019 г.). «Тип экосистемы и качество ресурсов более важны, чем движущие силы глобальных изменений при регулировании ранних стадий разложения подстилки». Биология и биохимия почвы . 129 : 144–152. DOI : 10.1016 / j.soilbio.2018.11.009 .
- ^ Схема цикла азота: http://www.epa.gov/maia/html/nitrogen.html (сломано)
- ^ «Актиномицеты - замечательный антибиотик, азотфиксирующие, разлагающие бактерии» . www.the-compost-gardener.com . Проверено 8 мая 2019 .
- ^ Комис, Дон (сентябрь 2002 г.). «Гломалин: укрытие для одной трети мировых запасов углерода в почве» . Сельскохозяйственные исследования : 4–7.
- ^ «Влияние деятельности термитов и его влияние на состав почвы» . ResearchGate . Проверено 8 мая 2019 .
- ^ soilsmatter2011 (30.06.2015). «Какие виды животных живут в почве? Почему для них важно состояние почвы?» . Почвы имеют значение, получите совок! . Проверено 8 мая 2019 .
- Берджес А. и Роу Ф., 1967, Биология почвы: Academic Press.
- USDA-NRCS - URL-адрес биологии почвы, доступ осуществлен 11 апреля 2006 г.
Библиография
- Александр, 1977, Введение в микробиологию почвы, 2-е издание, Джон Вили.
- Александр, 1994, Биодеградация и биоремедиация, Academic Press
- Барджетт, Р. Д., 2005, Биология почвы: подход со стороны сообщества и экосистемы, Oxford University Press
- Коулман Д.К. и др., 2004 г., Основы экологии почв, 2-е издание, Academic Press
- Койн, 1999, Микробиология почвы: исследовательский подход, Delmar
- Доран, JW, DC Coleman, DF Bezdicek и BA Stewart. 1994. Определение качества почвы для устойчивой окружающей среды. Специальная публикация Американского общества почвоведов № 35, ASA, Мэдисон, Висконсин.
- Пол, PA и FE Кларк. 1996, Почвенная микробиология и биохимия, 2-е издание, Academic Press
- Ричардс, 1987, Микробиология наземных экосистем, Longman Scientific & Technical
- Сильвия и др., 1998, Принципы и применение почвенной микробиологии, Прентис Холл.
- Общество охраны почв и воды, 2000, Учебник по почвенной биологии.
- Тейт, 2000, Почвенная микробиология, 2-е издание, Джон Вили.
- van Elsas et al., 1997, Modern Soil Microbiology, Marcel Dekker.
- Вуд, 1995, Экологическая биология почвы, 2-е издание, Blackie A&P
- Чаны, Раджив и Санджив, Аггарвал. (2019). Влияние активности термитов на состав почвы.
Внешние ссылки
- Университет штата Мичиган - Экология и управление почв: биология почвы
- Новый Южный Уэльс - Основы биологии почвы
- Университет Миннесоты - Биология почвы и управление почвами
- Soil-Net.com Бесплатный образовательный сайт для школьников , на котором много материалов по биологии почвы и рассказывается о почве и ее важности.
- Настоящая грязь на беспахотной почве (файл в формате pdf)
- Почему органические удобрения - хороший выбор для здоровой почвы
- Влияние трансгенного зеаксантина картофеля на качество почвы Исследовательский проект по биобезопасности, финансируемый BMBF
- Протокол анализа жирных кислот фосфолипидов Метод анализа микробного сообщества почвы (файл pdf)