Биология почвы — это изучение микробной и фаунистической активности, а также экологии почвы . Почвенная жизнь , почвенная биота , почвенная фауна или эдафон — это собирательный термин, охватывающий все организмы , которые проводят значительную часть своего жизненного цикла в пределах профиля почвы или на границе раздела почва- подстилка . Эти организмы включают дождевых червей , нематод , простейших , грибов , бактерий , различных членистоногих , а также некоторых рептилий (например , змей ) и видов роющих млекопитающих, таких 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 хранение углерода . Поскольку это относительно новая наука, многое остается неизвестным о биологии почвы и ее влиянии на почвенные экосистемы .
Почва является домом для значительной части мирового биоразнообразия . Связи между почвенными организмами и функциями почвы сложны. Взаимосвязь и сложность этой почвенной «пищевой сети» означает, что любая оценка функции почвы должна обязательно учитывать взаимодействие с живыми сообществами , существующими в почве. Мы знаем, что почвенные организмы расщепляют органические вещества , делая питательные вещества доступными для поглощения 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 популяции 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 почв. Впереди еще большая работа по лучшему пониманию экологической роли биологических компонентов почвы в биосфере .
В сбалансированной почве растения растут в активной и устойчивой среде. Минеральный состав почвы и ее плотная [ необходимо разъяснение ] структура важны для их благополучия, но именно жизнь на земле приводит в движение ее циклы и обеспечивает ее плодородие. Без деятельности почвенных организмов органические вещества накапливались бы и засоряли поверхность почвы, и растения не имели бы питания. Почвенная биота включает в себя:
Из них бактерии и грибы играют ключевую роль в поддержании здоровья почвы. Они действуют как разлагатели , которые расщепляют органические материалы с образованием детрита и других продуктов распада. Почвенные детритофаги , такие как дождевые черви, поглощают детрит и разлагают его. Сапротрофы , широко представленные грибами и бактериями, извлекают из делитро растворимые питательные вещества. Муравьи (макрофауна) помогают, разрушаясь таким же образом, но они также обеспечивают движение, перемещаясь в своих армиях. Также грызуны-древогрызы помогают почве стать более впитывающей.
Биология почвы предполагает работу по следующим направлениям:
Обязательно используются дополнительные дисциплинарные подходы, которые включают молекулярную биологию , генетику , экофизиологию, биогеографию , экологию, почвенные процессы, органическое вещество, динамику питательных веществ [1] и ландшафтную экологию .
Бактерии — это одноклеточные организмы и самые многочисленные обитатели сельского хозяйства, их численность варьируется от 100 миллионов до 3 миллиардов на грамм. Они способны к очень быстрому размножению путем бинарного деления (разделения на две части) в благоприятных условиях. Одна бактерия способна произвести еще 16 миллионов всего за 24 часа. Большинство почвенных бактерий живут вблизи корней растений и часто называются ризобактериями. Бактерии живут в почвенной воде, включая пленку влаги, окружающую частицы почвы, а некоторые способны плавать с помощью жгутиков . Большинству полезных почвенных бактерий необходим кислород (и поэтому они называются аэробными бактериями), тогда как те, которым не требуется воздух, называются анаэробными и имеют тенденцию вызывать гниение мертвого органического вещества. Аэробные бактерии наиболее активны в почве , влажной (но не насыщенной, так как это лишит аэробные бактерии необходимого им воздуха), с нейтральным рН почвы , а также там, где много питания ( углеводов и микроэлементов из органических веществ). доступный. Враждебные условия не убивают бактерии полностью; скорее, бактерии перестанут расти и перейдут в спящую стадию, и особи с проадаптивными мутациями смогут 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 генов в бактериальном хозяине.
С точки зрения органического садовника, бактерии играют важную роль:
Нитрификация является жизненно важной частью азотного цикла , при котором определенные бактерии (которые производят собственные запасы углеводов без использования процесса фотосинтеза) способны превращать азот в форме аммония , который образуется в результате разложения белков , в нитраты . которые доступны растущим растениям и снова преобразуются в белки.
В другой части цикла процесс фиксации азота 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 , фасоли и родственных видов. Они способны преобразовывать азот из атмосферы в азотсодержащие органические вещества. [2]
В то время как азотфиксация преобразует азот из атмосферы в органические соединения, серия процессов, называемых денитрификацией , возвращает в атмосферу примерно равное количество азота. Денитрифицирующие бактерии, как правило, являются анаэробами или факультативно анаэробами (могут переключаться 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 газообразные соединения, такие как закись азота или оксид азота . В избытке денитрификация может привести к общим потерям доступного почвенного азота и последующей потере плодородия почвы . Однако фиксированный азот может много раз циркулировать между организмами и почвой, прежде чем денитрификация вернет его в атмосферу. Диаграмма выше иллюстрирует азотный цикл.
Актиномицеты играют решающую роль в разложении органического вещества и образовании гумуса . Они специализируются на расщеплении целлюлозы и лигнина, а также прочного хитина, содержащегося в экзоскелетах насекомых. Их присутствие отвечает за сладкий «земляной» 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]
В грамме садовой почвы может содержаться около миллиона грибков , таких как дрожжи и плесень . Грибы не имеют хлорофилла и не способны к фотосинтезу . Они не могут использовать атмосферный углекислый газ в качестве источника углерода, поэтому являются хемо-гетеротрофными , то есть, как и животные , им требуется химический источник энергии, а не способность использовать свет в качестве источника энергии, а также органические субстраты для получать углерод для роста и развития.
Многие грибы являются паразитами и часто вызывают заболевания живых растений-хозяев, хотя некоторые из них имеют полезные связи с живыми растениями, как показано ниже. С точки зрения образования почвы и гумуса наиболее важные грибы, как правило, являются сапротрофными ; то есть они живут за счет мертвого или разлагающегося органического вещества, расщепляя его таким образом и превращая в формы, доступные высшим растениям. Ряд видов грибов будут колонизировать мертвое вещество, начиная с тех, которые используют сахара и крахмалы, а на смену им приходят те, которые способны расщеплять целлюлозу и лигнины .
Грибы распространяются под землей, распространяя по почве длинные тонкие нити, известные как мицелий ; эти нити можно наблюдать во многих почвах и компостных кучах. Из мицелия грибы способны выбрасывать свои плодовые тела, видимую часть над почвой (например, грибы , поганки и дождевики ), которые могут содержать миллионы спор . Когда плодовое тело лопается, эти споры рассеиваются по воздуху, оседая в свежей среде, и могут находиться в состоянии покоя в течение многих лет, пока не возникнут подходящие условия для их активации или не появится подходящая пища.
Грибы, которые способны жить в симбиозе с живыми растениями, создавая отношения, выгодные для обоих, известны как микоризы (от myco — гриб, а rhiza — корень). В корневые волоски растений проникает мицелий микоризы, который обитает частично в почве, частично в корне и может либо покрывать длину корневых волосков в качестве оболочки, либо концентрироваться вокруг их кончиков. Микориза получает необходимые ей углеводы из корня, взамен обеспечивая растение питательными веществами, включая азот и влагу. Позже корни растений также впитают мицелий в свои ткани.
Полезные микоризные ассоциации можно обнаружить во многих наших съедобных и цветущих культурах. Шевелл Купер предполагает, что к ним относятся не менее 80% семейств Brassica и Solanum (включая томаты и картофель ), а также большинство видов деревьев , особенно в лесах и редколесьях. Здесь микоризы создают тонкую подземную сеть, которая выходит далеко за пределы корней дерева, значительно увеличивая диапазон их питания и фактически заставляя соседние деревья физически соединяться между собой. Преимущества микоризных отношений для их партнеров-растений не ограничиваются питательными веществами, но могут иметь важное значение для воспроизводства растений. В ситуациях, когда мало света может достичь лесной подстилки, например, в сосновых лесах Северной Америки, молодой саженец не может получить достаточно света для собственного фотосинтеза и не будет правильно расти в стерильной почве. Но если под землей лежит микоризный коврик, то развивающийся саженец бросит корни, которые смогут соединиться с нитями гриба и через них получить необходимые ему питательные вещества, часто косвенно полученные от 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 кабан, олень, мышь или белка-летяга. , которые питаются плодовыми телами грибов, в том числе трюфелей, и вызывают их дальнейшее распространение ( Частная жизнь растений , 1995). Лучшее понимание сложных взаимосвязей, пронизывающих природные системы, является одним из основных оправданий воздержания садовода-органика от использования искусственных химикатов и вреда, который они могут причинить. [ нужна цитата ]
Недавние исследования показали, что арбускулярные микоризные грибы вырабатывают гломалин — белок, который связывает частицы почвы и сохраняет как углерод, так и азот. Эти родственные гломалину почвенные белки являются важной частью органического вещества почвы . [4]
Почвенная фауна динамически влияет на почвообразование и органическое вещество почвы во многих пространственно-временных масштабах. [5] Дождевые черви , муравьи и термиты перемешивают почву, когда они роют норы, что существенно влияет на почвообразование. 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 улучшить уровень pH.
Муравьев и термитов часто называют «почвенными инженерами», потому что, когда они создают свои гнезда, в почве происходит ряд химических и физических изменений. Среди этих изменений — увеличение присутствия наиболее важных элементов, таких как углерод, азот и фосфор — элементов, необходимых для роста растений. [6] Они также могут собирать частицы почвы с разной глубины и откладывать их в других местах, что приводит к перемешиванию почвы, поэтому она становится богаче питательными веществами и другими элементами.
DSC2908vv.jpg/1280px-Botta's_pocket_gopher_(Thomomys_bottae)DSC2908vv.jpg)
Почва также важна для многих млекопитающих. Суслики , кроты, луговые собачки и другие роющие животные полагаются на эту почву как на защиту, так и на пищу. Животные даже отдают дань почве, поскольку их норы позволяют большему количеству дождя, снега и воды со льда проникать в почву вместо того, чтобы вызывать эрозию. [7]
Эта таблица включает в себя некоторые знакомые типы почвенной жизни [8] , соответствующие распространенной таксономии, используемой в связанных статьях Википедии.