Биология почвы - Soil biology

Биология почвы - это изучение микробной и фаунистической активности в почве. На этой фотографии показана активность обоих.

Биология почвы это изучение микробный и фауна деятельность и экология в почва.Почвенная жизнь, почвенная биота, почвенная фауна, или же эдафон это собирательный термин, охватывающий все организмы которые тратят значительную часть своих жизненный цикл в почвенном профиле или на почвенноммусор интерфейс. Эти организмы включают дождевые черви, нематоды, простейшие, грибы, бактерии, разные членистоногие, а также некоторые рептилии (например, змеи ) и виды роющих млекопитающих, такие как суслики, родинки и луговые собачки. Биология почвы играет жизненно важную роль в определении многих характеристик почвы. Разложение органическая материя почвенными организмами оказывает огромное влияние на плодородие почвы, рост растений, структура почвы, и хранение углерода. Поскольку это относительно новая наука, многое остается неизвестным о биологии почвы и ее влиянии на почву. экосистемы.

Обзор

Почва является домом для значительной части мирового биоразнообразие. Связи между почвенными организмами и функциями почвы чрезвычайно сложны. Взаимосвязанность и сложность этого почвенная «пищевая сеть» означает, что любая оценка функции почвы обязательно должна учитывать взаимодействие с живыми сообщества которые существуют в почве. Мы знаем это почвенные организмы авария органическая материя, изготовление питательные вещества доступны для поглощения растениями и другими организмами. Питательные вещества, хранящиеся в телах почвенных организмов, предотвращают потерю питательных веществ выщелачивание. Микробные экссудаты поддерживают структура почвы, и дождевые черви важны в биотурбация. Однако мы обнаруживаем, что не понимаем важнейших аспектов функционирования и взаимодействия этих групп населения. Открытие гломалин в 1995 году указывает на то, что нам не хватает знаний, чтобы правильно ответить на некоторые из самых основных вопросов о биогеохимический цикл в почвах. Впереди много работы, чтобы лучше понять экологическая роль биологических компонентов почвы в биосфера.

В сбалансированной почве растения растут в активной и устойчивой среде. В минеральная содержание почвы и ее здоровая [слово?] структура важны для их благополучия, но именно жизнь на земле поддерживает ее циклы и обеспечивает ее плодородие. Без деятельности почвенных организмов, органические материалы будет накапливаться и засорять поверхность почвы, и не будет пищи для растений. Биота почвы включает:

Из них бактерии и грибки играют ключевую роль в поддержании здоровья почвы. Они действуют как разлагатели которые разрушают органические материалы для производства детрит и другие продукты распада. Почва детритофаги, подобно дождевым червям, заглатывают 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 своей армии. Также грызуны, едоки древесины, помогают почве быть более впитывающей.

Таблица долговечности почвы

Основная статья: почвенная жизнь

Это подробная таблица некоторых организмов в почве.


Объем

Биология почвы предполагает работу по следующим направлениям:

Обязательно используются дополнительные дисциплинарные подходы, которые включают: молекулярная биология, генетика, экофизиология, биогеография, экология, почвенные процессы, органическое вещество, динамика питательных веществ[1] и ландшафтная экология.

Бактерии

Бактерии являются одноклеточными организмами и наиболее многочисленными представителями сельского хозяйства с популяциями от 100 миллионов до 3 миллиардов человек на грамм. Они способны к очень быстрому размножению 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 рядом с корнями растений и часто называются ризобактериями. Бактерии живут в почвенной воде, в том числе в пленке влаги, окружающей частицы почвы, и некоторые из них могут плавать с помощью жгутики. Большинство полезных почвенных бактерий нуждаются в кислороде (поэтому их называют аэробный бактерии), а те, которым не нужен воздух, называются анаэробный, и имеют тенденцию вызывать гниение мертвого органического вещества. Аэробные бактерии наиболее активны в почва влажный (но не насыщенный, так как это лишит аэробные бактерии необходимого им воздуха) и нейтральный pH почвы, и где много еды (углеводы и микроэлементы из органических веществ) доступны. Враждебные условия не убивают бактерии полностью; скорее, бактерии перестанут расти и войдут в стадию покоя, а люди с проадаптивными мутации может лучше конкурировать в новых условиях. Немного грамположительные бактерии производить споры, чтобы дождаться более благоприятных обстоятельств, и грамотрицательные бактерии попасть в «некультивируемую» стадию. Бактерии колонизируются стойкими вирусными агентами (бактериофаги ), которые определяют порядок слов в генах бактериального хозяина.

С точки зрения органического садовода, бактерии играют важную роль:

Азотный цикл

Нитрификация

Нитрификация является важной частью азотный цикл, при этом некоторые бактерии (которые производят собственные углевод снабжение без использования процесса фотосинтеза) способны преобразовывать азот в виде аммоний, который образуется при разложении белки, в нитраты, которые доступны для выращивания растений, и снова превращаются в белки.

Фиксация азота

В другой части цикла процесс азотфиксация постоянно вводит дополнительный азот в биологический круговорот. Это осуществляется свободноживущими азотфиксирующими бактериями в почве или воде, такими как Азотобактер, или теми, кто живет в тесном симбиозе с бобовый растения, такие как ризобия. Эти бактерии образуют колонии в клубеньках, которые они создают на корнях горох, бобы, и родственные виды. Они способны преобразовывать азот из атмосферы в азотсодержащие органические вещества.[2]

Денитрификация

В то время как азотфиксация преобразует азот из атмосфера в органические соединения, ряд процессов, называемых денитрификация возвращает в атмосферу примерно равное количество азота. Денитрифицирующие бактерии, как правило, являются анаэробами или факультативно анаэробами (могут меняться между кислородзависимым и кислороднезависимым типами метаболизма), включая Ахромобактерии и Псевдомонады. Процесс очистки, вызванный бескислородными условиями, превращает нитраты и нитриты в почве в газообразный азот или в газообразные соединения, такие как оксид азота или же оксид азота. Чрезмерная денитрификация может привести к общей потере доступного азота в почве и последующей потере плодородие почвы. Однако фиксированный азот может много раз циркулировать между организмами и почвой, прежде чем денитрификация вернет его в атмосферу. На диаграмме выше показан азотный цикл.

Актинобактерии

Актинобактерии критичны в разложении органическая материя И в перегной формирование. Они специализируются на расщеплении 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 сухим условиям, чем большинство других бактерий и грибов.[3]

Грибы

В грамме садовой почвы может содержаться около миллиона грибы, Такие как дрожжи и формы. У грибов нет хлорофилл, и не умеют фотосинтез. Они не могут использовать атмосферный углекислый газ в качестве источника углерода, поэтому они хемогетеротрофный, что означает, что вроде животные, им требуется химический источник энергии, а не возможность использовать свет в качестве источника энергии, а также органические субстраты для получения углерода 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. С точки зрения образования почвы и гумуса наиболее важными грибами являются сапротрофный; то есть они живут за счет мертвого или разлагающегося органического вещества, тем самым разрушая его и превращая в формы, доступные высшим растениям. Череда видов грибов колонизирует мертвое вещество, начиная с тех, которые используют сахар и крахмал, а затем сменяют те, которые способны разрушать целлюлоза и лигнины.

Грибки распространяются под землей, отправляя длинные тонкие нити, известные как мицелий по всей почве; эти нити можно наблюдать на многих почвах и компост кучи. Из мицелия гриб может выбрасывать свои плодовые тела, видимую часть над почвой (например, грибы, поганки, и клубнички ), который может содержать миллионы споры. Когда плодовое тело Эти споры распространяются по воздуху, оседая в свежей среде, и могут бездействовать в течение многих лет, пока не возникнут правильные условия для их активации или не будет предоставлена ​​подходящая пища.

Микоризы

Те грибы, которые способны жить в симбиозе с живыми растениями, создавая отношения, полезные для обоих, известны как Микоризы (из мико что означает грибок и риза означает корень). В корневые волоски растений проникает 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% брассика и Solanum семьи (в том числе помидоры и картофель ), а также большинство дерево виды, особенно в лес и лесные массивы. 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. 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 достигать лесной подстилки, например, в Северной Америке сосна В лесу 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 соединиться с нитями грибов и через них получать необходимые питательные вещества, часто косвенно полученные от его родителей или соседних деревьев.

Дэвид Аттенборо указывает на взаимосвязь между растениями, грибами и животными, которые создают «трехстороннее гармоничное трио», которое можно найти в лесу. экосистемы, при этом симбиоз растения / грибов усиливается такими животными, как кабан, олень, мыши или белка-летяга, которые питаются плодовыми телами грибов, включая трюфели, и вызывают их дальнейшее распространение (Личная жизнь растений, 1995). Лучшее понимание сложных взаимоотношений, которые пронизывают природные системы, является одним из основных оправданий органический садовник, воздерживаясь от использования искусственных химикатов и ущерба, который они могут причинить.[нужна цитата ]

Недавние исследования показали, что арбускулярный микоризный грибы производят гломалин, белок, который связывает частицы почвы и накапливает углерод и азот. Эти почвенные белки, связанные с гломалином, являются важной частью органическое вещество 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 агрегатов почвы, 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 почвы и откладывать их в других местах, что приводит к перемешиванию почвы, что делает ее более богатой питательными веществами и другими элементами.

Суслик, торчащий из норы

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

Рекомендации

  1. ^ Очоа-Уэсо, Р. 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. Дои:10.1016 / j.soilbio.2018.11.009.
  2. ^ Схема цикла азота: http://www.epa.gov/maia/html/nitrogen.html (сломанный)
  3. ^ «Актиномицеты - замечательный антибиотик, фиксирующие азот, бактерии-разлагатели». www.the-compost-gardener.com. Получено 2019-05-08.
  4. ^ Комис, Дон (сентябрь 2002 г.). «Гломалин: укрытие для трети мировых запасов углерода в почве». Сельскохозяйственные исследования: 4–7.
  5. ^ «Влияние деятельности термитов и его влияние на состав почвы». ResearchGate. Получено 2019-05-08.
  6. ^ soilsmatter2011 (30.06.2015). «Какие виды животных живут в почве? Почему для них важно состояние почвы?». Почвы имеют значение, получите совок!. Получено 2019-05-08.
  • Берджес А. и Роу Ф., 1967, Биология почвы: Academic Press.
  • USDA-NRCS - Биология почвы URL-адрес, 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, Дж. У., Д. К. Коулман, Д. Ф. Бездичек, Б.А. Стюарт. 1994. Определение качества почвы для устойчивой окружающей среды. Специальная публикация Американского общества почвоведения № 35, ASA, Madison Wis.
  • Пол, П.А. и Ф.Э. 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, Prentice Hall
  • Общество охраны почв и воды, 2000, Учебник по почвенной биологии.
  • Тейт, 2000, Микробиология почвы, 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 и их влияние на состав почвы.

внешняя ссылка