Курсовая по микробиологии

     Следующей важной характеристикой химических свойств почв является степень их кислотности. Она определяется в  суспензиях, полученных при взбалтывании почв с водой (актуальная кислотность) или раствором КCl ( обменная кислотность), и выражается в единицах pH. По величине степени кислотности различают кислые, нейтральные и щелочные почвы. В зависимости от степени кислотности определяют нуждаемость почв в известковании или гипсовании и нормы внесения извести и гипса.

     Одной из важнейших сторон почвообразования является образование почвенных  коллоидов и формирование почвенного поглощающего комплекса, способного удерживать катионы кальция, магния, натрия, калия, аммония, алюминия, железа и водорода в обменном и необменном состоянии [2].

     Общее количество поглощенных оснований  Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, К⁺, NH⁺ называют суммой поглощенных оснований. Эту величину выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы (мг-экв на 100 г почвы). Суммарное количество всех обменных катионов называют емкостью поглощения или емкостью обмена и также выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Такие же характеристики имеет поглощение почвами анионов – Сl^-, NO₃^-, SO₄^2-, РО₄^3-, OH^-.

     Наличие в составе поглощенных катионов водорода и алюминия обусловливает  гидролитическую кислотность почв, величина которой также выражается в мг-экв на 100 г почвы. Отношение суммы поглощенных оснований к величине суммы поглощенных оснований плюс гидролитическая кислотность, выраженное в процентах, называют степенью насыщенности почв основаниями или насыщенностью. По величине степени насыщенности почв основаниями решают вопрос о нуждаемости почв в известковании, необходимых количествах извести и о формах внесения минеральных удобрений.

     Одна  из основных характеристик вещественного  состава минеральной части почвы  и его изменения в результате почвообразования может быть получена в итоге определения валового состава. Основные компоненты минеральной  части почв – SiO₂ – окись кремния (кремнекислота, кремнезем) и R₂O₃ – полуторные окислы. По изменению их содержания в профилях почв, сформированных на однородных, неслоистых породах, можно судить о наличии или отсутствии дифференциации почвенного профиля. Это прослеживается как по изменению абсолютного содержания окислов в разных горизонтах почвы (%SiO₂, %R₂O₃), так и по изменению молекулярных отношений SiO₂: R₂O₃.

     По  количеству подвижных (доступных для  питания растений) соединений азота, фосфора, калия оценивают естественное плодородие почв. Содержание этих соединений выражают в миллиграммах на 100 г сухой  почвы. На основании данных о содержании подвижных соединений азота, фосфора, калия определяются нормы внесения минеральных удобрений – аммиачного азота, калийных и фосфорных удобрений.

     В южных и юго-восточных районах  нашей страны в почвах часто накапливаются  водно-растворимые соли минеральных  кислот, таких, как угольная (Na₂CO₃, CaCO₃, MgCO₃, NaHCO₃), соляная (NaCl, СаСl₂, MgCl₂), серная (Na₂SO₄, CaSO₄, MgSО₄) и др. По степени растворимости в воде простые соли делятся на мало-, средне- и легкорастворимые. Малорастворимые соли в почвах – MgCO₃ и СаСO₃ – карбонаты кальция и магния, среднерастворимая соль – CaSO₄ 2Н₂O – гипс, остальные соли относятся к легкорастворимым. Легкорастворимые соли в концентрациях более 0,25% токсичны для растений.

     Обычно  в профиле незасоленных почв соли распределяются в соответствии с  их растворимостью. Легкорастворимые соли выносятся за пределы почвенного профиля, среднерастворимая соль –  гипс появляется на значительной глубине (150-200 см), и несколько выше по профилю  залегают малорастворимые соли –  карбонаты.

     Глубина и характер выделения солей учитываются  при диагностике почв. В засоленных почвах легкорастворимые соли подтягиваются  к поверхности. Морфологически засоление  почв определяют в поле по выцветам легкорастворимых солей. Степень засоления  почв определяется в лабораторных условиях путем анализа водной вытяжки. Для  получения последней навеску  почвы заливают определенным количеством  специально очищенной воды и взбалтывают  – легкорастворимые соли переходят в раствор. В полученном растворе определяют общее содержание солей по величине плотного остатка и состав солей.

     Содержание  в почвах карбонатов также является диагностическим признаком. В поле глубину залегания невидимых  на глаз выделений карбонатов определяют элементарной химической реакцией. На небольшой образец почвы наносят  несколько капель разбавленной минеральной  кислоты. Обычно применяют 5-10%-ную соляную  кислоту. В случае присутствия карбонатов в почве протекает реакция  между ними и кислотой с выделением пузырьков углекислоты, происходит так называемое вскипание почвы. При невысоком содержании карбонатов отмечается лишь слабое потрескивание.

     Наряду  с химическими свойствами важную роль в жизни почвы играют ее водно-физические свойства, такие, как водопроницаемость, влагоемкость, аэрация почвы и др.

     Аэрация почвы в большой степени зависит  от поступления воздуха, особенно кислорода, из атмосферы в поры почвы. Приток воздуха определяется в значительной мере пористостью почвы, т. е. объемом  пор, заполненных почвенным воздухом (или почвенным раствором).

     Поступление влаги в почву складывается из впитывания при частичном заполнении пор водой и фильтрации воды. Совокупность этих явлений объединяется понятием «водопроницаемость почвы». По скорости впитывания воды различают почвы  хорошо-, средне- и слабоводопроницаемые. Фильтрация почвы, т. е. нисходящее передвижение влаги в почве или грунте при заполнении всех пор водой, зависит от многих факторов: механического состава, водопрочности агрегатов, плотности, сложения.

     Количество  воды, характеризующее водоудерживающую способность почвы, называют влагоемкостью. В зависимости от сил, удерживающих влагу в почве, различают максимальную адсорбционную влагоемкость (влага, которая удерживается па поверхности частиц под действием сорбционных сил), капиллярную (запас воды, удерживаемый капиллярными силами), наименьшую (полевую) и полную влагоемкость или водовместимость (содержание воды в почве при заполнении всех пор водой).

     С капиллярной влагоемкостью связано важное в агрономической науке понятие капиллярной каймы. Капиллярной каймой называется весь слой влаги между уровнем грунтовых вод и верхней границей фронта смачивания почвы.

     Наименьшая (полевая) влагоемкость – это количество влаги, которое сохраняется в почве (или грунте) при отсутствии капиллярного подтока после стенания избыточной гравитационной воды. Это максимальное количество воды, удерживаемое почвой в естественных условиях при отсутствии испарения и притока воды извне. Влагоемкость почвы зависит от механического, химического, минералогического состава почвы, ее плотности, пористости и т. д.

     Аэрация, водопроницаемость, влагоемкость и другие водно-физические свойства почвы являются важными почвенными характеристиками, влияющими на плодородие почвы, ее хозяйственную ценность.

     Микробы широко распространены в природе  и обнаруживаются в естественных условиях обитания – почве, воде, воздухе, на растениях, в организме животных и человека.

     Количество  и качественное разнообразие микроорганизмов  в окружающей среде зависят от наличия питательных веществ, температурных  условий, влажности, аэрации, действия солнечного света и т. п.

     Почва является средой обитания огромного  числа мельчайших живых существ: множества видов бактерий, актиномицетов, грибов, простейших, водорослей, вирусов  и др. В 1 г почвы содержится 1-10 млрд. микроорганизмов; взаимоотношения  между ними носят характер как  симбиотический, так и антагонистический. Почвенные микробы-антагонисты широко применяются в медицинской промышленности при получении антибиотиков.

     Качественный  состав, количество особей и соотношения  между различными группами микроорганизмов  изменяются в зависимости от вида почвы, способов ее обработки. Распределение  микробов в почве неравномерно. На глубине 10-50 см микрофлора наиболее обильна. Здесь идет процесс разложения органических веществ с активным участием таких  почвенных бактерий, как гнилостные, аммонифицирующие, нитрифицирующие, азотфиксирующис и др. Небольшой верхний слой почвы (1-2 см) содержит немного микробов, что объясняется постоянным действием различных физических и химических факторов, вызывающих их гибель. В глубоких слоях почвы микробов мало, на глубине 4-5 м – ничтожное количество.

1. Микробиологический состав почв

     Микробиология (от греч. «mikros» – малый, «bios» – жизнь, «logos» – учение) – наука, изучающая мир мельчайших живых существ – микроорганизмов и процессы, вызываемые микроорганизмами.

     Микробиология изучает морфологию микроорганизмов, закономерности их развития и процессы, которые они вызывают в среде  обитания, а также их роль в природе  и хозяйственной деятельности человека.

     К миру микроорганизмов относятся бактерии, дрожжи, микроскопические (плесневые) грибы.

     Микроорганизмы  обитают во всех климатических зонах, находятся на всех предметах и  продуктах, живут в организме  человека. Они разлагают остатки  отмерших животных и растительных тканей, выполняя роль санитаров планеты. С жизнедеятельностью микроорганизмов связаны образование полезных ископаемых, плодородие почвы, самоочищение водоемов и т.д. Полезные свойства микроорганизмов используются в технологии производства многих пищевых продуктов и различных биологически активных веществ, таких как ферменты, аминокислоты, витамины, антибиотики и др.

     Общими  свойствами микроорганизмов являются [3]:

     - малые размеры (размеры микроорганизмов измеряются в мкм, 1 мкм = 10^-6 м);

     - высокая скорость обменных процессов.

     Это связано с большим отношением поверхности обмена к объему клетки. Для микроорганизмов вся поверхность клетки является поверхностью обмена. Так как клетки бактерий самые мелкие, то они растут и развиваются быстрее всех микроорганизмов, за ними следуют дрожжи и грибы. В свою очередь, скорость обменных процессов у микроорганизмов в десятки и сотни тысяч раз выше, чем у животных. Например, в организме одного быка весом в 500 кг за 24 часа образуется примерно 0,5 кг белка; за это же время 500 кг дрожжей могут синтезировать более 50 000 кг белка;

     - широкое распространение в природе. Малые размеры микроорганизмов имеют значение для экологии. Микроорганизмы могут распространяться с воздушными потоками и существуют повсюду;

     - пластичность обмена – высокая способность к адаптации (приспособлению к новым условиям существования). Несравненно большая гибкость обменных процессов у микроорганизмов по сравнению с растениями и животными объясняется их способностью синтезировать индуцибельные ферменты, т.е.  ферменты, которые образуются в клетке только при наличии в среде соответствующих веществ;

     - высокая степень изменчивости.

     Почва – благоприятная среда для  обитания и размножения различных  микроорганизмов. В состав микробных  биоценозов почвы входят бактерии, грибы, простейшие и бактериофаги. Микроорганизмы почвы участвуют в круговороте  веществ в природе, минерализации органических отбросов, самоочищении почвы. Существенную роль в формировании микробного биоценоза почвы играют высшие растения, насекомые и животные.

     Содержание  микроорганизмов в почве зависит  от ее химического состава, влажности, температуры, рН и других показателей.

     Почвенные экосистемы наиболее богаты микроорганизмами, чему способствует наличие в них  органических и неорганических субстратов, влаги, защищенность от фотодинамического  действия солнечного света. Самое большое  число видов микроорганизмов  выделено из почвы. Почвенные микроорганизмы играют неоценимую роль в поддержании  плодородия почв (переводят органические соединения в доступную для растений форму, выделяют кислоты, растворяющие минералы, разлагают токсичные, мутагенные и канцерогенные вещества, освобождая от них почву, фиксируют молекулярный азот), обеспечивают круговорот биогенных  элементов [4].

     Почва богато заселена микроорганизмами, которые  в ней живут, размножаются и погибают. Численность микроорганизмов наиболее велика в поверхностных слоях почвы, хотя в различных почвенно-климатических условиях она несколько отличается. В зонах с низкими температурами количество микроорганизмов незначительно и возрастает в умеренных, субтропических и тропических зонах. В почвах, богатых органическим веществом, микроорганизмов больше, чем в бедных гумусом почвах.