Глава 2 УЧАСТИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВВ ЦИКЛАХ ОСНОВНЫХ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВВ БИОСФЕРЕ И ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ

В биосинтетические процессы вовлекаются разнообразные элементы, которые подвергаются постоянным превращениям. Так как количество этих элементов на нашей планете может быть определено конечными величинами, то бесконечность жизни обеспечивается непрерывно идущим круговоротом этих элементов. Различные этапы круговорота элементов осуществляются разными группами организмов.

Фотосинтетическое связывание углерода и перевод его в органические соединения производится главным, образом растениями и водорослями путем вовлечения в биосинтетические процессы СО2 из атмосферы. Накопленное этими организмами органическое вещество затем перерабатывается на разных уровнях жизни консументами и редуцентами. К первым принадлежат в основном животные, ко вторым — грибы и бактерии. Последовательность этих событий выражается в трофических цепях, или цепях питания. Конечное, деструктивное, звено этой цепи — минерализация органических веществ с возвратом СОг в атмосферу — осуществляется в почвенном покрове Земли за счет деятельности гетеротрофных микроорганизмов. Около 90% образующейся из органических веществ углекислоты «микробного происхождения» и только 10% приходится на долю дыхания высших организмов и деятельности человека.

Помимо глобального процесса круговорота углерода, состоящего из синтеза и минерализации органических веществ, почва участвует в обмене многими газами с атмосферой. В ходе фотбсинтетической деятельности происходит не только связывание растениями С02, но и обогащение атмосферы кислородом. Весь кислород в газовой оболочке Земли — продукт фотосинтеза. При минерализации органических ве

ществ в атмосферу возвращаются помимо С02 еще СН4, Н2, СО, H2S, N20, N2 (рис. 46). В почве образуются и физиологически активные летучие соединения, такие как этилен, этиламин, нитрозамин, метил- ртуть. Газы, образующиеся в анаэробной зоне, частично перехватываются аэробами, которые составляют «бактериальный фильтр», а частично попадают в атмосферу, откуда снова вовлекаются в круговорот. Азот из атмосферы фиксируется (биологически закрепляется) почвенными микроорганизмами. Таким образом газы являются переносчиками энергии из анаэробной зоны в аэробную.

Превращения органических веществ и обмен газообразных продуктов микробного метаболизма сопровождается взаимодействием почвенных микроорганизмов с первичными и вторичными минералами почвы. По своему значению для биосферы этот процесс сопоставим с фотосинтезом и фиксацией молекулярного азота, так как минеральные элементы, первоисточник которых находится в литосфере, необходимы для

жизни всех организмов на Земле. В процессе почвообразования происходит разрушение минералов породы и извлечение элементов, которые поступают в обменные реакции биосинтеза. Без снабжения растений из почвы такими элементами, как фосфор и калий, поступающими из минералов, было бы невозможно создание первичной растительной продукции.

Таким образом, роль почвенных организмов проявляется не только в деструкции органической массы растений и животных, но также в контроле газового состава атмосферы и преобразовании литосферы, граничащей с почвой.

Высокая активность и огромные масштабы совершаемых микроорганизмами планетарных превращений веществ обусловлены их огромной численностью, повсеместным распространением, необычайной скоростью роста и разнообразием метаболических процессов.

Биомасса грибов и бактерий в пахотном слое почвы составляет до 5 т на 1 га, численность бактерий достигает миллиардов клеток е 1 г, а длина грибных гиф — до 1000 м в 1 г почвы./Благодаря микроскопическим размерам одноклеточные и мицелиал^ные микроорганизмы обладают высоким показателем соотношений поверхности и объема, что обеспечивает быстрый и интенсивный рбмен между клеткой и окружающей средой.

Одним из важнейших факторов деятельности микроорганизмов- в почве, который оказывает существенное влияние на ход и интенсивность всех процессов, является формирование природных группировок,, в которых все члены взаимно зависимы друг от друга. Это синтроф- ные ассоциации и метабиотические цепи. При синтрофном росте ассоциация быстрее и полнее усваивает субстрат, чем в отдельности каждая популяция, входящая в ее состав. В метабиотических цепях каждый последующий организм усваивает тот субстрат, который является конечным продуктом деятельности предшественника. В результате микроорганизмы оказываются способными утилизировать бесконечное множество различных соединений — природных и создаваемых человеком (ксенобиотиков).