Биологическая активность почвы и методы ее определения

Министерство сельского  хозяйства РФ

 

 

 

 

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Российский Государственный  Аграрный Университет

МСХА имени К.А. Тимирязева

(ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)

Кафедра микробиологии и иммунологии.

 

Курсовая работа на тему

«Биологическая активность почвы и методы ее определения».

 

 

 

 

      Выполнил:        Широкова Ольга,

    Студентка  2 курса, 201 группы,       

    факультета Почвоведения,  

    агрохимии и экологии

 

      Проверил:    Годова Галина Владимировна.

 

Москва, 2013

 

Содержание

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

Глава I. Микроорганизмы почв.

1. Почва как среда обитания микроорганизмов. ……………..…………….5
2. Микроорганизмы почв, методы определения их состава……………….7

 

Глава II. Методы определения биологической активности почв.

2.1.    Методы оценки  суммарной активности и активности  отдельных  микробиологических  процессов в почве……………………………………….11

2.2.    Методы  определения дыхания почвы………………………………...…16

2.3.    Метод  инициированного микробного сообщества……………………..19

2.4.    Ацетиленовый  метод определения активности  азотфиксации……….. 20

2.5.    Определение  потенциальной активности денитрификации  в почве…..22

2.6.    Методы  определения активности ферментов в почве………………… 24

Заключение…………...…………………………………………………………27

Список  использованной литературы………………………………………. 28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Почва является средой обитания микроорганизмов. Они  находят в почве все условия, необходимые для своего развития: пищу, влагу, защиту от губительного влияния прямых солнечных лучей и высушивания.

Микроорганизмы  неодинаково распространены по горизонтам почвы. Количественный и качественный состав микрофлоры различных почв значительно  колеблется в зависимости от химического состава почвы, ее физических свойств, влагоемкости, степени аэрации. Существенно влияют также климатические условия, время года, способы сельскохозяйственной обработки почвы, характер растительного покрова и многие другие факторы.

Деятельность  почвенных микроорганизмов играет большую роль в формировании почвы, создании ее плодородия. Особо важное значение имеют микроорганизмы, фиксирующие свободный азот и те, которые переводят соединения углерода, азота, фосфора и других элементов из недоступных для растений форм в усвояемые ими вещества. Различные микроорганизмы, последовательно сменяя друг друга, осуществляют грандиозную работу по минерализации попадающих в почву различных органических веществ, что обуславливает круговорот веществ в природе. Успешное ведение экологического земледелия требует высокой биологической активности почвы. Только тогда органические вещества, попадающие в почву в результате внесения навоза и возделывания кормовых бобовых и промежуточных культур, могут действительно использоваться.

Актуальность  темы. Показатели биологической активности позволяют выявить направление  изменения почвенного плодородия. Об общем уровне биологической активности почвы можно судить по совокупности целого ряда показателей. Их можно разделить  на две части: первая – численность различных групп микроорганизмов, каждая из которых обладает способностью трансформировать определенные вещества; вторая – показатели суммарной деятельности микроорганизмов (продукты микробного синтеза, разложения и др.).

Цель работы: изучить методы определения биологической активности почв.

В задачи курсовой работы входит: анализировать и изучить литературу по теме и ознакомится с методами определения почвенной активности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I. Микроорганизмы почв.

 

1. 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 на 1 г почвы. В работах Д.Г. Звягинцева [3] 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.

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 [1].

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, микробиологи выделяют пять важнейших элементарных почвенно-микробиологических процессов: разложение растительного опада, образование гумуса, разложение гумуса, деструкция минералов почвообразующей породы и новообразование минералов. Указанные и другие факторы 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 [3].

 

1.2. 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. 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 и явление почвоутомления. Велика санитарно-гигиеническая роль микроорганизмов в трансформации и обезвреживании соединений тяжелых металлов [6].

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 длительное действие на растения[6].

Обеспечивая развитие микроорганизмов  в почве, повышается урожай и улучшается его качество. Ведь микроорганизмы развиваются, т.е. делятся каждые 20-30 мин и при наличии достаточного питания образуют большую биомассу. Если бык весом 500 кг за сутки образует 0,5 кг, то 500 кг микроорганизмов образуют 1 кг биомассы, а 500 кг растений создают 5 т 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 течении года выделяется 7500 м³ углекислоты. А углекислота необходима как источник углеродного питания растений, 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.

В балансе органического  вещества почвы велика роль культурных растений. Накоплению гумуса в почвах способствуют 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 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. Прямое микроскопирование почвы облегчается при использовании флюорохромов, позволяющих легче различать микроорганизмы среди мелких минеральных частиц[1].

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 перерасчет на 1 г почвы [4].

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 [4].

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 ингридиетов, что помогает выявлять те или иные группы микроорганизмов.