Роль почвенных микроорганизмов в процессах очистки почвы от техногенного загрязнения

Федеральное агентство  морского и речного транспорта

Федеральное государственное  образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 Морской государственный университет  им. адм. Г.И. Невельского

Институт защиты моря и освоения шельфа

Кафедра защиты окружающей среды

 

Реферат по учебной дисциплине физико-химические процессы на тему:

 

«Роль почвенных микроорганизмов в процессах очистки почвы от техногенного загрязнения»

 

 

Выполнила: студентка  группы 17.41

Проверила: преподаватель 

Фирсова Л.Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Владивосток

2012г

Содержание:

 

Введение …………………………………………………………….…стр 3

1. Почва как среда обитания микроорганизмов……………….…стр 5
2. Микроорганизмы почвы, методы определения, их состава….стр 7
3. Роль почвенных микроорганизмов в процессах очистки почвы от техногенного загрязнения……………………………………...…….стр 12

Заключение………………………………………………………...….стр 17

Список литературы………………………………………………..….стр 18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Под почвой понимается поверхностный  слой суши земного шара, который  образуется в результате изменения горных пород при воздействии биоты, климата и других факторов почвообразования. Почвоведение как научная дисциплина оформилась благодаря трудам В.В.Докучаева и его последователей. Приоритет русской школы прослеживается до настоящего времени. Современные классификации почв по сложности напоминают таксономию микроорганизмов и могут шокировать естествоиспытателей, но до сих пор в зарубежных работах по экологии почвенных микроорганизмов употребляются такие термины, как подзол и чернозем.

Важнейшее свойство почвы, плодородие, определяет ее очевидную значимость как основного средства сельскохозяйственного  производства. Кроме того, этот относительно маломощный слой суши участвует во всех важнейших процессах функционирования наземных экосистем и биосферы в целом (от обеспечения ресурсами и пространством всей наземной растительности до поддержания параметров атмосферы и гидросферы, включая проблемы «парниковых» газов, чистых поверхностных и грунтовых вод, устранения ксенобиотиков). Во всех этих процессах ключевую роль играют микроорганизмы, которые обитают в почве и выполняют многообразные экосистемные функции.

Актуальность темы. Интерес к  почвенным микроорганизмам во многом определяется их исключительной ролью  в формировании качества почвы (почвенного «здоровья») как способности почвенной биосистемы в заданных пространственных границах поддерживать продуктивность растений и животных, сохранять приемлемое качество воды и воздуха, а также обеспечивать здоровье людей, животных и растений.

Именно почвенные организмы отвечают за разложение органического вещества, образовавшегося в наземной экосистеме при фотосинтезе, и снабжают растения доступными ресурсами. Они также играют существенную роль в формировании стабильных почвенных агрегатов. Жизнедеятельность почвенной биоты определяет уровень плодородия почв, а также возможность управления биотой на основе контроля почвенной влаги представляет интерес с точки зрения дискуссионной проблемы устойчивого развития.

Почва как среда обитания микроорганизмов

 

Отличительная особенность  почвы как природного местообитания  микроорганизмов связана с ее гетерогенностью, которая проявляется  в разных пространственных масштабах. Почвенные микроорганизмы обитают  в трехфазной полидисперсной среде, представленной твердой (минеральные и органические частицы), жидкой (почвенная вода) и газообразной (почвенный воздух) фазами.

Жизнедеятельность микроорганизмов  в почве осуществляется в основном на почвенных частицах, в определенных микрозонах которых представлены клетки, ресурсы и микробные метаболиты. Поверхность почвенных частиц как жизненное пространство микроорганизмов может составлять несколько десятков квадратных метров в 1 г почвы. В работах Д. Г. Звягинцева и других почвенных микробиологов по особенностям жизнедеятельности адсорбированных микробных клеток в почвах обсуждались вопросы, которые в биотехнологии получили развитие в рамках направления по иммобилизованным клеткам и ферментам [8].

Масса биоты, включая  бактерии, грибы, водоросли, по данным прямых методов микроскопии, может достигать нескольких тонн на гектар почв. В первом приближении по биомассе в поверхностных почвенных образцах (особенно в таежно-лесной зоне) доминируют грибы. Биомасса бактерий сопоставима по порядку величин с биомассой грибов, а остальные компоненты, включая представителей почвенной фауны, составляют второй план. Вместе с тем сами по себе показатели биомассы, к тому же рассчитанные на основе тотальных количественных учетов (без дифференциации «активной» и «неактивной и мертвой» биомассы), не дают представления о функциональной роли отдельных представителей почвенной биоты.

В целом можно охарактеризовать почву как чрезвычайно гетерогенную среду обитания, в которой существует обильная и разнообразная микробная  биомасса.

Почвенные микроорганизмы не просто обитают в естественной гетерогенной среде, но сами являются ключевым фактором почвообразования и участвуют в процессах преобразования горной породы в почву с характерным строением. Оценивая роль микроорганизмов, Т. В. Аристовская выделила пять важнейших элементарных почвенно-микробиологических процессов: разложение растительного опада, образование гумуса, разложение гумуса, деструкция минералов почвообразующей породы и новообразование минералов [22], Указанные и другие функции почвенных микроорганизмов составляют как бы фундамент наземных экосистем. Относительно более подробно исследован процесс разложения органического вещества в почве.

Особенность почвы как  природного местообитания различных  организмов состоит в том, что  условия для жизнедеятельности; биоты непостоянны, а меняются в зависимости от климатических и других факторов. Например, типична ситуация с чередованием процессов увлажнения (после дождя или полива) и высушивания почв. В таких условиях существенно снижается функциональное потенциальное разнообразие почвенного бактериального сообщества, оцениваемое по способности утилизировать различные органические вещества. Есть основания полагать, что ведущая экосистемная функция почвенной биоты определяется не только параметрами, складывающимися в местообитании в данный момент; времени, но и предысторией водного режима.

Почва представляется не только гетерогенной (характеристики системы варьируют в пространстве), но и гетерохронной средой обитания, параметры которой изменяются во времени. Необходимость изучения динамики почвенной микробной системы осознана давно. Выдающийся русский микробиолог С.Н.Виноградский описал на основе микроскопических наблюдений последовательную смену микробных популяций в ходе разложения внесенных в почву органических веществ. На первом этапе разложения легкодоступной органики доминировали быстрорастущие популяции с банальной морфологией и относительно крупными размерами клеток. Представители второго этапа разложения труд недоступной почвенной органики характеризовались своеобразием морфологии и были названы С. Н. Виноградским автохтонной микрофлорой.

 

Микроорганизмы почвы, методы определения, их состава

 

Микроорганизмы почвы  очень многочисленны и разнообразны. Среди них имеются бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы и водоросли, протозоа и близкие к этим группам живые существа.

Биологический круговорот в почве осуществляется с участием разных групп микроорганизмов. В  зависимости от типа почвы содержание микроорганизмов колеблется. В садовых, огородных, пахотных почвах их насчитывается от одного миллиона до нескольких миллиардов микроорганизмов в 1 г почвы. В почве каждого садового участка присутствуют свои микроорганизмы. Они участвуют своей биомассой в накоплении органического вещества почвы. Они выполняют огромную роль в образовании доступных форм минерального питания растений. Исключительно велико значение микроорганизмов в накоплении биологически активных веществ в почве, таких как ауксины, гиббереллины, витамины, аминокислоты, стимулирующие рост и развитие растений. Микроорганизмы, образуют слизи полисахаридной природы, а также большое количество нитей грибов, принимают активное участие в формировании структуры почвы, склеивании пылеватых почвенных частиц в агрегаты, чем улучшают водно-воздушный режим почвы.

Биологическая активность почвы, численность и активность почвенных микроорганизмов тесно  связаны с содержанием и составом органического вещества. В тоже время  с деятельностью микроорганизмов  тесно связаны такие важнейшие  процессы формирования плодородия почв, как минерализация растительных остатков, гумификация, динамика элементов минерального питания, реакция почвенного раствора, превращения различных загрязняющих веществ в почве, степень накопления ядохимикатов в растениях, накопление токсических веществ в почве и явление почвоутомления. Велика санитарно-гигиеническая роль микроорганизмов и в трансформации и обезвреживании соединений тяжелых металлов.

Перспективным направлением восстановления и поддержания плодородия и биологической интенсификации земледелия считается применение продуктов переработки органических отходов с участием вермикомпостов дождевых червей, находящихся в симбиозе с микроорганизмами. В естественных почвах разложение опада осуществляют дождевые черви, копрофаги и другие организмы. Но в этом процессе участвуют и микроорганизмы. В кишечнике червей для них создаются более благоприятные условия для выполнения любых функций, чем в почве. Дождевые черви в союзе с микроорганизмами превращают различные органические отходы в высокоэффективные биологические удобрения с хорошей структурой, обогащенные макро- и микроэлементами, ферментами, активной микрофлорой, обеспечивающей пролонгированное (длительное, постепенное) действие на растения [8].

Итак, обеспечивая развитие микроорганизмов в почве, вы, повышаете урожай и улучшаете его качество. Ведь микроорганизмы развиваются, т.е. делятся каждые 20-30 мин и при наличии достаточного питания образуют большую биомассу. Если бык весом 500кг за сутки образует 0,5 кг 1 кг, то 500 кг микроорганизмов за сутки-биомассы, а 500 кг растений создают 5т биомассы. Почему же этого не наблюдается в почве? А потому что для этого микроорганизмам необходимо питание, а с другой стороны лимитируют различные факторы, в частности ядохимикаты. На площади 1 га в результате жизнедеятельности почвенных микробов в течение года выделяется 7500м3 углекислоты. А углекислота необходима и как источник углеродного питания растений и для растворения труднодоступных солей фосфорной кислоты и превращения фосфора в форму доступную для питания растений. Т.е. там, где хорошо работают микроорганизмы, нет необходимости во внесении фосфорных удобрений. Но сами микроорганизмы нуждаются в органическом веществе [14].

В балансе органического  вещества почвы велика роль культурных растений. Накоплению гумуса в почвах способствует многолетние травы, особенно бобовые. После их уборки в почве остается фитомасса, которая обогащена азотом за счет фиксации его клубеньковыми бактериями из воздуха. Пропашные и овощные культуры (картофель, капуста и др.) уменьшают содержание гумуса в почве, т.к. оставляют в почве небольшое количество растительных остатков, а применяемая система глубокой обработки почвы обеспечивает интенсивное поступление в пахотный слой кислорода и, как следствие, обеспечивает сильную минерализацию органического вещества, т.е. его потерю.

Среди методов количественного  анализа наиболее объективным является метод прямого микроскопирования  почвы, принцип которого был предложен  С. Н. Виноградским. При этом способе  готовят почвенную суспензию  и в определенном объеме ее с помощью микроскопа подсчитывают общее число микроорганизмов. Последующим пересчетом можно установить, сколько микроорганизмов приходится на 1 г исследуемой почвы. С. Н. Виноградский готовил препараты на предметном стекле и просматривал их под оптическим микроскопом. В поле зрения можно было видеть палочковидные бактерии, мелкие и крупные кокки, иногда обрывки мицелия грибов и актиномицетов и другие микроорганизмы [1].

Прямое микроскопирование  почвы облегчается при использовании  флюорохромов, позволяющих легче различать микроорганизмы среди мелких минеральных частиц.

Б. В. Перфильев и Д. Р. Габе для подсчета микроорганизмов  в почве рекомендовали пользоваться сконструированной ими капиллярной  камерой, глубина которой не превышает 30-40 мкм, а ширина не более поля зрения микроскопа. Подсчитав число микроорганизмов в капилляре, можно затем сделать пересчет на 1 г почвы.

Д. И. Никитин и его  сотрудники использовали для прямого  подсчета микроорганизмов почвы  электронный микроскоп. С его  помощью наряду с обычными микроорганизмами можно обнаружить множество мельчайших форм микроскопических существ, которые не были известны до сих пор. Эти интересные формы живых существ изучаются в настоящее время [14].

Прямые методы дают представление  об общем количестве микроорганизмов  в почве. Однако внешний облик  микроорганизмов не позволяет судить об их функциях, поэтому бывает целесообразно  дополнительно определить отношение  в почве отдельных систематических  и физиологических групп микроскопических существ.

Отдельные группы микроорганизмов (бактерии, актиномицеты, грибы и т. д.) могут  быть определены посевом почвенной  суспензии на твердые питательные  среды, на которых затем зародыши нанесенных микроорганизмов развиваются. В практике обычно используются агаризованные или желатинизированные питательные среды. В отдельных случаях берется различный набор питательных ингредиентов, что помогает выявлять те или иные группы микроорганизмов.

Общие показатели численности микробов, как бы условны они ни были, представляют определенный интерес. На их основании можно примерно вычислить массу совокупности микроорганизмов в почве. Как показывают подсчеты, она составляет десятые доли процента массы почвы. По мере перехода от северных почв к южным процент микробной массы в них увеличивается. В общем, от 0,1 до 1,0% почвенного органического вещества состоит из клеток разных микроорганизмов, вызывающих глубокие изменения органических и минеральных составных частей почвы.