Курсовая по микробиологии

     В природной обстановке влажность  почвы сильно колеблется, особенно резко в неорошаемых почвах южной  зоны. Здесь в период дефицита влаги  нередко подавляется деятельность бактерий, но активизируются актиномицеты и грибы. В периоды значительного  иссушения почвы активная деятельность микроорганизмов в ней вообще прекращается. В сухих степях поэтому более энергичные микробиологические процессы в почве протекают обычно не летом, а весной и осенью – при более низкой температуре, но в достаточно влажной почве.

     Таким образом, в почвенных процессах  огромное значение имеет сочетание  температурных условий и влажности. М.М. Кононова разработала схему  интенсивности биологических процессов  в почве на основе учета температурного фактора и влажности (таблица 1). Эта  схема помогает создать примерное  представление о напряженности  микробиологических процессов в  разных почвенно-климатических условиях: как высокая, так и низкая температура  подавляет эти процессы в почве, а интенсивнее всего они идут при температуре 20-30 °С. 
 

Таблица 1

     В полевых условиях благоприятный  водный режим может быть создан обработкой почвы, ее поливом, мелиорацией и  т.д. Температурно-водный режим оказывает  большое влияние на формирование микробного ценоза почвы. Наблюдения свидетельствуют о закономерной смене микробных ассоциаций в ходе распада органического вещества. Так, в первые фазы разложения растительных остатков на них развиваются грибы и неспорообразующие бактерии. Позднее увеличивается число бацилл и актиномицетов. Происходит также смена систематических группировок микроорганизмов. Поскольку в разных климатических зонах разложение органического вещества идет с различной быстротой, то это существенно сказывается на составе создающихся в почве группировок микроорганизмов.

     Не  меньшее значение для микробиологических процессов почвы, чем температура  и влажность, имеет воздушный  режим. Воздух содержится в почвенных  порах, которые составляют в отдельных  случаях от 25 до 70% общего объема почвы. Содержание воздуха в почве подвержено сильным колебаниям в зависимости  от ее увлажнения, уплотнения и т.п.

     В связи с потреблением кислорода  почвенными микроорганизмами и корнями  растений содержание его в почве  снижено. В затопленных почвах иногда кислорода почти нет. В воздухе  слежавшейся почвы имеется около 2% кислорода, в хорошо взрыхленной – до 20%.

     В почвенном воздухе повышено содержание углекислого газа, который выделяют микроорганизмы и корни растений. Чаще всего в почвенном воздухе  содержится 0,3-1,5% углекислого газа, в то время как в атмосферном  – только 0,03%. В затопленных почвах количество СО₂ повышается до 10%. В атмосфере щелочных почв углекислый газ практически отсутствует. В целом газовый состав почвенного воздуха подвержен суточным и сезонным колебаниям.

     При повышении содержания СО₂ в воздухе почвенный раствор сильно обогащается этим газом. Вследствие высокой растворимости СО₂ в воде при обогащении им почвы может возникнуть обстановка, близкая к анаэробиозу, несмотря на относительно высокое содержание в почвенном воздухе кислорода, который растворяется хуже. Анаэробиоз легче создается в микропорах и капиллярных промежутках почвы.

     Аэробные  микроорганизмы хорошо переносят повышенное содержание в воздухе СО₂. Нередко отмечается даже улучшение их роста при обогащении воздуха углекислотой. Тем не менее при концентрации СО₂ 1-1,5% и выше в деятельности некоторых групп микроорганизмов начинает проявляться депрессия. Вероятно, отчасти по этой причине в нижних горизонтах пахотного слоя меньше микроорганизмов, чем в верхних.

     Обеспеченность  почвы кислородом связана с ее окислительно-восстановительными условиями, характеризуемыми величиной Eh (окислительно-восстановительный потенциал). В верхнем слое подзолов значение Eh обычно колеблется в пределах 600-750 мВ, в черноземах – 350-600, в сероземах – 350-400 мВ. Эти показатели усреднены, так как почва представляет собой гетерогенную среду и в отдельных ее зонах имеются существенные колебания значений Eh.

     При снижении Eh до 200-250 мВ в почве начинают развиваться микробиологические процессы резко восстановительного характера, например образование глея. В нейтральных почвах уже при Eh, равном 250 мВ, восстанавливаются такие количества марганца, что образовавшиеся закисные соединения этого элемента могут отравить растение. При Eh 340 мВ создается обстановка, благоприятствующая энергичному восстановлению нитратов до свободного азота.

     Не  столь желательны для почвы и  резко окислительные условия. Так, в нейтральных почвах (pH 6,5-7) при Eh 550 мВ, а в кислых (pH около 5) при Eh 680 мВ происходит почти полное окисление солей железа и марганца, и они выпадают из раствора в виде гидратов окиси, что приводит к нарушению питания растений этими элементами.

     На  окислительно-восстановительный потенциал  почвы могут оказать влияние  ионы растворимых элементов, меняющие свою валентность, например Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺ и другие, а также изменения pH, сказывающееся на стойкости отмеченных ионов.

     Оптимизации окислительно-восстановительных условий  в почве можно достигнуть обработкой и мелиоративными мероприятиями. Корневая система некоторых растений может  хорошо развиваться в почвах, где  преобладают восстановительные  процессы.

     В результате деятельности разных групп  микроорганизмов газовый состав почвы значительно отличается от атмосферного. Так, в почве имеются газы, практически отсутствующие в атмосфере. Это окислы азота, сероводород, метан, окись углерода, молекулярный водород и др. Количество их варьирует в зависимости от условий, создающихся в почвенной среде.

     На  характер микрофлоры большое влияние  оказывает активная кислотность  почвы. По величине pH почвы могут быть разделены на следующие группы: сильнокислые – pH 3-4, кислые – 4-5, слабокислые – 5-6, нейтральные – 6-7, щелочные – 7-8, сильнощелочные – 8-9 и выше.

     Значение  pH одной и той же почвы на разных, даже близко расположенных, участках поля может несколько различаться. В течении вегетационного периода реакция почвенной среды также подвержена изменениям. Это связано с жизнедеятельностью микроорганизмов, образованием ими СО₂, кислот и т.п.

     Следует иметь в виду, что значение pH почвы, определяемое обычными методами, дает лишь средний показатель ее кислотности. На самом деле pH отдельных точек одной и той же почвы различен, и микроорганизмы разных микрозон находятся далеко не в одинаковых условиях. В кислых почвах имеются микрозоны, где могут размножаться микроорганизмы, не переносящие низкого значения pH, а в щелочных почвах встречаются относительно кислые микрозоны.

     Несмотря  на разную кислото- и щелочеустойчивость, все группы микроорганизмов наиболее активно проявляют свою жизнедеятельность в нейтральной среде. Поэтому нейтрализация кислых и снижение значения pH щелочных почв приводит к активизации желательных для агрономической практики процессов.

     На  деятельность почвенных микроорганизмов  большое влияние оказывает механический состав почвы. Как же распределены микроскопические существа между твердой фазой  почвы и почвенным раствором и какие частицы почвы больше заселены микроорганизмами?

     Основная  масса почвенных микроорганизмов (до 90-99%) связана с твердой фазой  почвы, и только незначительная доля их находится в почвенном растворе. Это объясняется особенностью твердых  частиц почвы удерживать (адсорбировать) клетки микроорганизмов.

     Работами  Н.Н. Худякова и его учеников было показано, что микроорганизмы активно  поглощаются частицами почвы. Можно  полагать, что в основе адсорбции  почвами микроорганизмов лежит  взаимодействие положительно заряженных частиц почвы с отрицательно заряженными  клетками микробов.

     В крупных почвенных агрегатах  находится значительно больше микроорганизмов, чем в мелких. Д. Г. Звягинцев объясняет это не только величиной агрегатов, но и большим содержанием в них органических веществ, что обусловливает размножение микроорганизмов.

     Способность почв адсорбировать микроорганизмы не остается постоянной, она зависит  от влажности почвы, ее температуры, pH, дисперсности и других факторов. Поскольку эти факторы меняются в течение года, то изменяется и адсорбция.

     В почвенном растворе имеются питательные  для микроорганизмов вещества, что  способствует размножению микробов не только на поверхности твердых  частиц, но и в водной фазе почвы. На распределение микроорганизмов  в твердой и водной фазах почвы значительно влияют растительные остатки, обогащающие почвенный раствор органическими соединениями. На растительной массе происходит также обильное размножение микробов.

     На  характер сообщества микроорганизмов  почвы большое влияние оказывают  биотические факторы и прежде всего взаимоотношения микробов, которые бывают весьма различными. Можно наблюдать так называемые метабиотические отношения, при которых продукты жизнедеятельности одних микроорганизмов служат источником существования для других.

     Существуют  синтрофные взаимоотношения микроорганизмов. Под этим термином понимают явление, когда два вида микроорганизмов или более растут на среде, недоступной каждому виду в отдельности. Г.А. Заварзин объясняет это обменом факторами или субстратами роста, а иногда удалением одним микроорганизмом какого-либо компонента токсических для другого микроба соединений. 

     1.5.1 Методы оценки  влияния факторов  на дыхание микроорганизмов [14]

  В анализе почв может быть использован  практически любой из методов, который  применяется в аналитической  химии. Имеются две большие группы аналитических методов - классические химические и инструментальные.

  В основе классических химических методов лежат химические реакции трех типов: кислотно-основные, окислительно-восстановительные и комплексообразования. Иногда они сопровождаются изменением агрегатного состояния компонентов (осаждение осадков или выделение газов). Химические методы делятся на гравиметрические и титриметрические. Эти аналитические методы называют классическими, так как они применяются в аналитической химии уже несколько столетий. Классические методы постепенно уступают место инструментальным. В таблице 2 приведены обобщенные данные, характеризующие преимущества и недостатки химических и инструментальных методов количественного анализа.

  Таблица 2 – Основные преимущества и недостатки классических химических и инструментальных методов

  Основная  область применения гравиметрических методов в химическом анализе почв - определение общего содержания некоторых элементов (Si, С органических соединений), влажности, потери при прокаливании и зольности; область применения титриметрических методов - определение показателен кислотно-основных и ионообменных свойств почвы, состава водных вытяжек. Классические методы часто применяют для оценки правильности определений, сделанных инструментальными методами.