Микроорганизмы почвы весьма разнообразны по составу и биологической деятельности. Здесь распространены бактерии, актиномицеты, грибы,водоросли, простейшие. Суммарная масса микроорганизмов только в
поверхностном горизонте достигает нескольких тонн на гектар. Численность
микроорганизмов измеряется миллиардами в 1 г почвы. В целом для планеты
масса почвенных микроорганизмов определяется в 10^8-9 т, т. е. составляет
0,01-0,1% от всей биомассы суши.
Бактерии - это одноклеточные организмы размером в несколько микрометров.
По характеру поглощения углерода выделяют автотрофные бактерии,
усваивающие углерод из воздуха, и гетеротрофные, получающие углерод из
готовых органических соединений. По отношению к азоту лишь часть бактерий
автотрофна, т. е. способна усваивать этот элемент из воздуха.
Автотрофные бактерии поглощают углерод из углекислоты; этот процесс
эндотермический, требующий затраты дополнительной внешней энергии. В
качестве таковой бактерии используют энергию окисления некоторых
минеральных соединений. Этот процесс получил название хемосинтеза.
Примером осуществления хемосинтеза является деятельность нитрифицирующих
бактерий. Под нитрификацией понимают процесс биохимического окисления
аммиака до азотной кислоты. О количественном масштабе процесса
нитрификации можно судить по тому, что за один год деятельности
нитрифицирующих бактерий может образоваться до 300 кг солей азотной
кислоты на 1 г почвы.
Аналогично происходит хемосинтез у других нитрифицирующих бактерий.
Источником энергии для поглощения углерода из углекислого газа могут
служить реакции окисления сероводорода, тиосоединений серы, соединений Fe
(II), Mn (II) и т. д. Накопление сульфатов в результате деятельности
серобактерий в приповерхностном слое почвы достигает 200-250 кг на 1 г
почвы.
Определенные группы бактерий обладают способностью поглощать молекулярный
азот из воздуха. Этот процесс получил название фиксации азота. Нехватка
азота в почве сдерживает развитие растительности, ограничивает возможности
сельскохозяйственного использования почвы. Значение азотофиксирующих
бактерий чрезвычайно велико, так как только благодаря их деятельности для
всей остальной массы живых организмов становится доступным атмосферный
азот.
Гетеротрофные бактерии поглощают необходимый углерод из готовых
органических соединений, разлагая сложные соединения на простые. Благодаря
их деятельности осуществляется грандиозный процесс разрушения
колоссального количества мертвого органического вещества, ежегодно
поступающего в почву, и освобождение химических элементов, прочно
связанных в составе органических остатков.
Актиномицеты - лучистые грибы. Их используют в качестве источника углерода
разнообразные органические соединения. Они могут разлагать клетчатку,
лигнин, перегнойные вещества почвы. Учавствуют в образовании гумуса.
Актиномицеты лучше развиваются в почвах с нейтральной и слабощелочной
реакцией, богатых органическим веществом и хорошо обрабатываемых. К
актиномицетам относят близкие к ним проактиномицеты, микобактерии,
микромоноспоры и микоккоки.
Среди почвенных микроорганизмов исключительно важное значение принадлежит
грибам. Большая часть грибов состоит из ветвящихся нитей (гиф), образующих
тело гриба (мицелий). Наиболее распространены плесневые грибы, а в лесных
почвах гриб - мукор. Грибы разрушают клетчатку и лигнин, участвуют в
разложении белков. При этом образуются органические кислоты, увеличивающие
почвенную кислотность и влияющие на преобразование минералов. Так же как
актиномицеты, грибы преимущественно являются аэробами.
Мицелий грибов часто развивается на корнях растений и даже в клетках
высших зеленых растений. Подобный симбиоз высших растений с грибами
называется микоризой. В этом симбиозе мицелий гриба выполняет функции
всасывающего аппарата корневой системы, обеспечивая растения водой и
пищей. В силу того, что грибы усваивают питательные вещества
непосредственно из органических соединений, микориза обеспечивает развитие
растений на почвах, богатых слаборазложившимися растительными остатками. В
свою очередь, мицелий грибов использует для питания углеводы и некоторые
органические кислоты, поступающие из листьев в корни растений.
Водоросли распространены во всех почвах, главным образом в поверхностном
слое. Содержат в своих клетках хлорофилл.
В болотных почвах и на рисовых полях водоросли улучшают аэрацию, усваивая
растворенный СО[2] и выделяя в воду кислород.
Водоросли активно участвуют в процессах выветривания пород и в первичном
процессе почвообразования.
Лишайники не относятся к микроорганизмам, но поскольку они представляют
собой сложное симбиотическое образование гриба и водоросли, целесообразно
рассмотреть их участие в почвообразовании. Лишайники поселяются как на
органическом веществе, так и на горных породах. Особый интерес
представляет их деятельность на горных породах. Воду и углерод лишайники
получают из атмосферы, а другие химические элементы - за счет разрушения
минералов.
Помимо растительных организмов в почве распространены простейшие животные
организмы. Это преимущественно корненожки, жгутиковые и реснитчатые
инфузории, но роль их в почвообразовании недостаточно выяснена.
Животные организмы представлены простейшими (жгутиковые, корненожки, инфузории), а также червями. Довольно широко распространены в почве моллюски и членистоногие (паукообразные, насекомые).
Почвенные организмы разрушают отмершие остатки растений и животных, поступающие в почву. Одна часть органического вещества минерализуется полностью, а продукты минерализации усваиваются растениями, другая же переходит в форму гумусовых веществ и живых тел почвенных организмов.
Некоторые микроорганизмы (клубеньковые и свободноживущие азотфиксирующие бактерии) усваивают азот атмосферы и обогащают им почву.
Почвенные организмы (особенно фауна) способствуют перемещению веществ по профилю почвы, тщательному перемешиванию органической и минеральной части почвы.
Важнейшая функция почвенных организмов — создание прочной комковатой структуры почвы пахотного слоя. Последнее в решающей степени определяет водно-воздушный режим почвы, создает условия высокого плодородия почвы.
Наконец, почвенные организмы выделяют в процессе жизнедеятельности различные физиологически активные соединения, способствуют переводу одних элементов в подвижную форму и, наоборот, закреплению других в недоступную для растений форму.
В обрабатываемой почве функции почвенных организмов сводятся к поддержанию оптимального питательного режима (частичное закрепление минеральных удобрений с последующим освобождением по мере роста и развития растений), оструктуриванию почвы, устранению неблагоприятных экологических условий в почве.
В интенсивном земледелии экологические условия могут иногда в решающей степени определять эффективное плодородие почвы. В ней существуют тесные многообразные связи между всеми почвенными организмами. Причем вся эта система находится в состоянии непрерывно изменяющегося равновесия. Одни группы микроорганизмов предъявляют простые требования к пище, другие — сложные. Между одними группами существуют симбиотические (взаимно полезные) связи, между другими — антибиотические. Микроорганизмы в последнем случае выделяют в почву вещества, подавляющие развитие других микроорганизмов.
Практическое значение имеет способность некоторых микроорганизмов оказывать губительное действие на представителей фитопатогенной микрофлоры.
Усилить активность желательных микроорганизмов можно путем внесения в почву органического вещества. В этом случае отмечается вспышка в развитии почвенных сапрофитов, которые, в свою очередь, стимулируют развитие микроорганизмов, угнетающих фитопатогенные виды. Для нормального функционирования почвенных организмов необходимы прежде всего энергия и питательные вещества. Для подавляющего большинства микроорганизмов такой источник энергии — органическое вещество почвы. Поэтому активность почвенной микрофлоры главным образом зависит от поступления или наличия в почве органического вещества.
Для оценки деятельности почвенной биоты используют показатель «биологическая активность почвы». Под биологической активностью понимают, в одних случаях общую биогенность почвы, определяемую, как правило, подсчетом общего количества почвенных микроорганизмов. Если иметь в виду несовершенство методик, применяемых в этом случае, и малую кратность определений во времени, то результаты анализа дают примерную картину биологической активности почвы.
Другая точка зрения относительно методов определения биологической активности почвы заключается в учете результатов деятельности почвенных организмов. Особенно важен такой подход в агрономии. Однако привести к общему знаменателю исключительно многообразную деятельность почвенной флоры и фауны методически непросто.
Наиболее универсальный показатель деятельности почвенных организмов — продуцирование ими углекислого газа. Поэтому учет выделяемого почвой углекислого газа — первостепенный из других биохимических способов определения биологической активности почвы.