ВВЕДЕНИЕ
в почве.
Биология почвы представляет собой, с одной стороны, раздел почвоведения как широкой общей науки о почве, с другой — она может рассматриваться и как раздел новой науки — биогеоценологии, изучающей сложные природные системы планеты. Биология почвы —
комплексная наука, родившаяся на стыке разных разделов биологии и почвоведения. Она включает микробиологию и биохимию, альгологию и микологию, почвенную зоологию и протистологию. В то же время она изучает процессы и явления, которые составляют область исследований генетического почвоведения (происхождение и развитие почв, образование гумуса, формирование почвенного профиля и др.), фи- Н. А. Красильников зики и химии почв (роль микро-
(1896—1973) организмов в образовании водопроч
ных агрегатов почв, в разрушении структуры; превращение отдельных элементов, их аккумуляция и др.), географии почв (разработка принципов и методов биологической диагностики и классификации почв), агрохимии и земледелия (почвенное плодородие и питание растений).
Биология почв не только описывает явления, но и расшифровывает механизмы протекающих в почве процессов, их биохимическую сущность. Будучи тесно связанной с другими разделами почвоведения, биология почвы имеет свои объекты исследования, специфические проблемы и арсенал необходимых для их решения методов, что ставит ее в ряд самостоятельных наук.
Истоки зарождения биологии почвы прослеживаются в конце прошлого и начале нашего века, когда был заложен фундамент двух наук — почвоведения и микробиологии.
Около 100 лет тому назад В. В. Докучаев разработал основы учения о почве как природном теле, которое является функцией ряда факторов — почвообразующей породы и времени, климата и рельефа, а также жизнедеятельности животных и растений. Он первый связал процессы почвообразования с деятельностью почвенных микроорганизмов. В работах В. В. Докучаева была изложена новая методология — генетический подход к изучению почвы с учетом не отдельных тел и факторов, а всего комплекса в целом. Этот метод в настоящее время получил широкое развитие на новом уровне и носит название системного подхода. Начиная с работ В. В. Докучаева и его талантливого ученика В. И. Вернадского, почва всегда считалась компонентом еще более сложной природной системы — биогеоценоза и биосферы в целом. Итогом работ В. В. Докучаева было создание учения о зонах природы, получившее дальнейшее развитие в трудах академика Б. Б. Полынова, создавшего новую науку — геохимию ландшафта и учение о коре выветривания, в котором он отводил большую роль деятельности микроорганизмов. Он писал, что именно в почвах сосредоточена геологическая работа живого вещества. Почва отличается от коры выветривания биогенной аккумуляцией химических элементов.
В. И. Вернадский, разрабатывая основы биогеохимии — науки о биосфере, рассматривал деятельность живых организмов в их совокупности с точки зрения геологического эффекта и считал ее самой могучей силой на земной поверхности. Именно-благодаря этой деятельности была создана на Земле азотно-кислородная атмосфера, произошло изменение состава гидросферы и литосферы. В. И. Вернадский впервые отнес почву в разряд биокосных систем, в основе функционирования которых лежат биохимические механизмы, Новый этап исследования этих механизмов знаменуется в современный период иным методическим уровнем и обновлением основных концепций, касающихся как живой части почвы — ее биоты, так и косной среды, которая обеспечивает условия существования.
Понятие микробоценоза как жесткой системы почвенных микроорганизмов с общими механизмами регуляции сменилось представлением о комплексе почвенных организмов (Д. Г. Звягинцев), который не подвержен общей регуляции, но отдельные компоненты его имеют функциональные связи с автотрофным (растительным) и гетеротрофным (животным) звеньями консорции. Такой консорционный подход открывает новые перспективы для развития биологии почв на стыке всех наук о почве, с одной стороны, и почвенных разделов перечисленных выше биологических дисциплин — с другой.
Постановка В. В. Докучаевым вопроса о включении бактериологии в общую науку о почве стала возможной в конце прошлого века благодаря тому, что к этому времени возникло учение о микроорганизмах, фундамент которого был заложен трудами великого французского ученого Л. Пастера (1822—1895).
О существовании невидимых простым глазом организмов было известно задолго до работ Пастера. Еще во второй половине XVII в. голландец А. ван Левенгук (1632—1723) обнаружил с помощью созданного им микроскопа мельчайших «анималькулей», которых он описал в своих многочисленных письмах, направленных в Лондонское Королевское Общество.
Хотя Левенгук и обнаружил существование бактерий, но еще много лет после него было неясно, что это за организмы. Создатель «Системы природы» шведский ученый К. Линней писал через 100 лет после Левенгука о микроорганизмах как о таинственных живых молекулах, которые он отнес в так называемый «Хаос» и разобраться в нем завещал потомкам.
Первые воспроизводимые методические приемы работы с микроорганизмами, разработанные Пастером, сделали возможным развитие микробиологии'. Химик по образованию Пастер не случайно занялся изучением брожений. До Пастера прд брожениями понимали всякие превращения веществ, а вызывающие эти процессы «тела» называли ферментами, но не связывали их с жизнью. По Либиху, это было «движение атомов». С 1857 г. Пастер изучал процессы молочнокислого, спиртового, уксуснокислого и открытого им маслянокислого брожения и доказал, что все они вызываются деятельностью разных видов микроорганизмов. При этом он открыл явление анаэробиоза — жизни без кислорода — и описал анаэробных бактерий. Это открытие имело большое принципиальное значение не только для микробиологии, шо и для биологии в целом, так как показывало возможность заполнения жизнью тех экологических сфер, где отсутствует свободный кислород. Пастер количественными балансовыми расчетами доказал, что брожение служит источником энергии для вызывающих этот процесс микроорганизмов. Этот цикл работ Пастера имел большое влияние на развитие микробиологических исследований в почвоведении. Именно под влиянием идей о брожениях стали изучать анаэробные превращения органических веществ в почве — разложение клетчатки, пектина и т. д. Это было начало почвенной микробиологии.
В Пастеровском институте, созданном в 1888 г. на средства, собранные по международной подписке в фонд Пастера, была организована и лаборатория почвенной микробиологии. Ее возглавил русский ученый С. Н. Виноградский (1856—1953). Первые работы в области почвенной микробиологии были связаны с проблемой азота. Тогда считали, что растения для питания используют из почвы только нитраты. А откуда нитраты появляются в почве? С. Н. Виноградскому удалось показать, благодаря созданному им методу элективных, культур, что нитраты в почве образуются в результате аэробного окисления аммония микроорганизмами без участия в процессе органических соединений. Это было открытие хемосинтеза — автотрофной жизни за счет энергии окисления неорганических соединений. Из других наиболее значительных работ С. Н. Виноградского следует назвать открытие им анаэробной фиксации азота, исследование процессов аэробного разложения целлюлозы, выяснения роли микроорганизмов почвы в превращении гумусовых веществ.
Ученик Г. А. Надсона Н. А. Красильников (1896—1973) в 1953 г. возглавил первую в мире кафедру биологии почв, организованную в Московском университете. Он один из первых рассматривал жизнь почвенных микроорганизмов в единой системе с высшими растениями. Его монография «Микроорганизмы почвы и высшие растения» (1958) стала классическим трудом и до сих пор является единственным учебным руководством по этому курсу. Н. А. Красильников известен также как крупнейший специалист по систематике микроорганизмов. Он создал определители бактерий и актиномицетов, описал много новых видов микроорганизмов, разработал эволюционный принцип в систематике актиномицетов. В портретной галерее Пастеровского института в Париже среди выдающихся ученых-микробиологов мира есть и портрет Николая Александровича Красильникова.
Современный период развития биологии почв характеризуется, прежде всего, комплексностью исследований. В развитии биологического направления в почвоведении участвуют микробиологи и микологи, альгологи и протистологи, зоологи и ботаники, почвоведы и агрохимики. Разрабатываются проблемы зональности в географическом распространении микроорганизмов и их ассоциаций (Е. Н. Мишустин), 'микробиологические основы процессов почвообразования (Т. В. Ари- стовская), принципы зоологической диагностики почв (М. С. Гиляров), роль водорослей в продукционном процессе (Э. А. Штина) и многие другие проблемы, связанные с развитием основных направлений почвоведения. Для современного этапа характерно значительное расширение биохимических исследований в биологии почв и разработка новых теоретических концепций (Д. Г. Звягинцев). Внедрение новых методов биохимии, биофизики и электронной микроскопии в почвенно-биологические исследования позволило значительно повысить их уровень и расширило возможности проникновения в наиболее тонкие процессы и механизмы функционирования сообществ почвенных организмов.
| >>