Курсовая работа
Оптимизация воздействия на микробиоценоз дерново – подзолистой почвы комплекса органо-минеральных удобрений при выращивании турнепса.
Владимир 2010г.
Введение
Биологический круговорот элементов включает поглощение растениями из атмосферы углекислоты и кислорода, а из почвы – азота,кислорода, калия, кальция, магния и многих других элементов; построение из них растительных организмов; разложение отмерших растительных остатков, освобождение элементов; вовлечение этих элементов в новый биологический круговорот.
Образование почвы возможно только под воздействием живых организмов, поселяющихся на материнских породах. В почвообразовании участвуют три группы живых организмов: низшие - организмы (микроорганизмы, лишайники), зеленые растения и животные. Их совместная деятельность превращает породу в новое природное тело- почву.
Микроорганизмы являются первыми поселенцами на любой горной породе. Их несколько миллиардов на 1 г почвы. Их количество и состав варьирует в зависимости от природных условий, характера других факторов почвообразования. В северных районах их меньше и они распространены на небольшую глубину. На юге – их больше и захватывают большую толщу. Окультуренные почвы содержат больше микроорганизмов.
Микроорганизмы разлагают органические остатки, превращая их в гумус. Превращают сложные органические соединения в минеральные соли, доступные для растительности, усваивают атмосферный азот и снабжают им высшие растения, синтезируют сложные органические соединения, строя из них свое тело. Участвуют во всех окислительно - восстановительных процессах в почве, изменяя степень окисленности различных органических и минеральных соединений. Таким образом, почти все звенья почвообразовательного процесса связаны с жизнедеятельностью микроорганизмов. Все эти процессы микроорганизмы осуществляют свою деятельность при помощи ферментов.
Бактерии – наиболее распространенная группа микроорганизмов. Минимальное их количество содержат подзолы, максимальное – черноземы. Распространены бактерии в верхнем слое почв неравномерно. Больше их около корней высших растений и в 2-3 мм от них - это прикорневой слой почвы - ризосфера. Количество бактерий здесь в 20 раз больше среднего числа. Около корней каждого растения развивается специфическая микрофлора. Разные по форме: палочки, кокки, извитые по форме. Разные по способу питания: гетеротрофные и автотрофные. Аэробные и анаэробные.
К группе гетеротрофов относится большинство почвенных бактерий. Очень разнообразны по физиологическим функциям: одни разлагают белки, другие жиры, углеводы.
Гетеротрофные анаэробные бактерии вызывают процессы брожения углеводов. Некоторые представители рода Clostridium обуславливают масляно-кислое брожение углеводов.
Аммонификация – это процесс распада белков вначале до аминокислот, а далее аминопептидазы осуществляют следующие реакции:
гидролитическое дезаминирование –образуется оксикислоты и аммиак
Процесс аммонификации имеет огромное значение для почвообразования, так как ему почвы обязаны накоплению минерального и азота, доступного растениям. Накопление NН3 в почве наблюдается в том случае, когда отношение углерода и азота в разлагающимся материале превышает 20. Если оно меньше, то азот идет на построение биомассы микроорганизмов. Поэтому наличие в почве большого количества неразложившегося органического вещества ведет к торможению накопления азота в почве.
Азотофиксирующие бактерии наиболее интенсивно проявляют свою деятельность при оптимальной температуре. Имеются две группы бактерий: свободноживущие аэробы и анаэробы и симбиотические клубеньковые бактерии. Бобовые растения выделяют безазотистые органические вещества (сахарин), а бактерии окисляют эти вещества и сопряженно фиксируют молекулярный азот воздуха. Нитрифицирующие бактерии вызывают биохимические процессы окисления восстановленных форм азота до азотной кислоты. К нитрификаторам относят представителей родов Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus, Nitrosospira, Nitrosovibrio, Nitrobacter. Процесс нитрификации идет в две фазы, за каждую из которых ответственны свои возбудители. В Первую фазу осуществляется окисление солей аммония до солей азотистой кислоты (нитритов), во вторую фазу нитриты окисляются в нитраты
NН4+ +1/2 О2 = NО2- + Н2О + 2 Н+
NO2-2- + 1/2 O2 = NO2-3
По типу питания нитрификаторы являются хемолитоавтотрофы, то есть используют энергию, которую получают при окислении аммиака до нитрита для ассимиляции углекислого газа.
Большую роль относят к бактериям, окисляющим соединения серы, например сероводород, тиосульфат, молекулярную серу, бактериям, осуществляющим окисление железа и марганца, которые также используют энергию окисления в форме АТФ для автотрофной ассимиляции углекислого газа.
Актиномицеты или «лучистые грибки», являются переходной формой между бактериями и грибами. Это аэробные,гетеротрофные организмы. Разлагают органику. Играют большую роль в почвообразовании. Хорошо развиваются в нейтральной и слабощелочной среде. Часто выделяют летучие вещества . Запах земли обусловлен их присутствием.
Грибы. Нельзя не отметить большую роль грибов, которые лучше развиваются в закисленных почвах. Все они гетеротрофы. Обладают широким комплексом гидролитических ферментов, посредством которых существляют разложение всех видов органических веществ. Разлагают устойчивые к гидролизу и окислению такие соединения как лигнин, фенолы, хиноны, ароматические углеводороды.
Водоросли. В почве распространены диатомовые, сине-зеленые и зеленые водоросли. Количество их зависит от увлажнения почвы. Автотрофы. Синтезируют органику путем фотосинтеза, а попадая в глубокие слои горных пород, могут использовать для питания органические вещества. Водоросли обогащают почву органическим веществом, легко разлагающимся микроорганизмами. Участвуют в процессах выветривания горных пород.
Лишайники. Включают в себя автотрофный фикобионт и гетеротрофный микобионт. Разрушают горные породы. Выделяют особые кислоты, разрушающие минералы горных пород. Из продуктов разрушения используют многие элементы для своего питания. Слоевище лишайников прочно срастаются с поверхностью пород. Слоевище при отмирании и высыхании отрывает от поверхности тонкую ее пленку – под лишайником образуется тонкий слой рыхлой, выветренной горной породы.
Зеленые растения. Общая масса организмов на планете составляет 17-18 тонн. Масса растений в 10 – 100 тыс. раз превышает массу животных. Ведущее место в синтезе почвенной органики принадлежит растениям.
Различные группы растений обусловливают неодинаковый ход биологического круговорота. Низшие растения имеют небольшую продолжительность жизни и, следовательно, определяют быстрое обращение элементов в биологическом круговороте. Высшие растения имеют развитую корневую систему, обеспечивающую большую площадь соприкосновения организма с почвой. Круговорот осуществляется в течение одного года – у травянистой растительности и в течение нескольких лет, (десятков, сотен, тысяч) – у древесной. При этом части элементов удерживаются растительным организмом. В природе часто наблюдается сочетание рассматриваемых групп растений.
Количество органического вещества, ежегодно синтезируемого растениями, его качественный состав, интенсивность биологического круговорота обусловлены типом растительной формации: арктическа тундра-4-5 ц/га; хвойные леса северной тайги - 50 ц/га; южной – 4-5 ц/га; широколиственные леса – 200 ц/га; ковыльные степи – 70 ц/га; луговые степи – 100 ц/га; опустыненные степи – 50 ц/га; пустыни – 5 ц/га.
Растительные организмы содержат от 20 до 90 % воды. В сухой массе углерода содержится 45%, кислорода – 42%, водорода – 6,5%, азота– 1,5%, золы – 5%. В составе золы входят почти все элементы периодической системы элементов. Но чаще всего это – калий, кальций, сера, фосфор, кремний, магний. В древесине много калия и магния ,в травянистой растительности много кремния. Растительные остатки содержат: растворимый сахар, крахмал, гемицеллюлозу, клетчатку, лигнин, белковые вещества, жиры и другие соединения. Больше всего клетчатки - 20-40%, а в древесине – до 60%. Здесь же больше чем в траве лигнина – (20-30%). Белка в растениях содержится от 0,6 до 1,0% в древесине и до 15% - в травянистых видах. Крахмала много в зернах и клубнях (70% и 20% соответственно).
Микроскопических животных в почве больше всего, более 2 млрд. на 1 га. площади. Велика роль в почвообразовании червей, а также млекопитающих, живущих в почве, прокладывающих в почве ходы диаметром от 4 до 12 см., перемешивающие почву на разные глубины, в основном на глубину до 1 метра, выделяющие ферменты, органические кислоты, увеличивающие собой биомассу почвы.
Животные и их роль в почвообразовании. Микроскопических животных в почве больше всего, более 2 млрд. на 1 га. площади. Велика роль в почвообразовании червей, а также млекопитающих, живущих в почве, прокладывающих в почве ходы диаметром от 4 до 12 см., перемешивающие почву на разные глубины, в основном на глубину до 1 метра, выделяющие ферменты, органические кислоты, увеличивающие собой биомассу почвы. Живые организмы — обязательный компонент почвы. Количество их в хорошо окультуренной почве может достигать нескольких миллиардов в 1 г почвы, а общая масса — до 10 т/га. Основная их часть — микроорганизмы. Доминирующее значение принадлежит растительным микроорганизмам (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты).
Богатая микроорганизмами почва склеивается минеральными и органическими коллоидными частицами в мелкие комочки, которые неплотно прилегают друг к другу, что позволяет воздуху проникать вглубь почвы, а воде не задерживаться на поверхности и смачивать почву. Богатая гумусом глина рассыпается на мелкие комочки.
Структурность почвы - важнейшее условие синтеза гумуса, наращивания плодородия почвы, ее здоровья.
Ходы микроскопических и дождевых червей, полости отмерших корней растений также улучшают аэрацию и проницаемость почвы. Внесение извести в тяжелую глинистую кислую почву тоже улучшает ее проницаемость и структуру.