Почвенные водоросли. Строение, размножение, представители основных групп, значение в почвенных процессах

В паровых полях происходит не только обогащение почвы нитратами; велики также потери. Чтобы избежать больших потерь азота при поливах, необходимо рассчитать количество поливной воды таким образом, чтобы почвенные воды не смыкались с грунтовыми. Большие потери азота происходят в результате процесса денитрификации — восстановления нитратов до газообразного азота. Особенно интенсивна денитрификация при анаэробных условиях, в щелочной среде и большом количестве органического вещества. Бактерии-денитрификаторы наиболее интенсивно окисляют органическое вещество, используя кислород нитратов, при температуре 28-30 °С и рН 7,0-7,5. Процесс денитрификации идет и в обычных условиях, поскольку всегда внутри агрегатов почвы могут создаваться анаэробные условия. Часть азота почвы и внесенных удобрений теряется в виде аммиака, например, при внесении аммонийных солей в карбонатные почвы или мочевины поверхностно. При внесении аммиака нужна глубокая заделка удобрений. Известкование усиливает потери аммиачного азота из мочевины и солей аммония. Солома или соломистый навоз закрепляют азот (иммобилизация) в телах микроорганизмов. Отношение азота к углероду в телах микроорганизмов 1:5-1:7, а в органических остатках (солома бобовых) 1:20-1:25, (солома злаковых) 1:80-1:100. Микроорганизмы дополнительно используют минеральный азот, содержащийся в почве. После отмирания микроорганизмов азот, закрепленный в их телах, минерализуется и может быть использован растениями.   

Д. Н. Прянишников считал, что «... главным условием, определяющим среднюю высоту урожая в разные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом». Без применения удобрений за 30-50 лет запасы гумуса и азота, например, в дерново-подзолистой почве снижаются на 25-50%.      

 

50 Влияние температуры и влажности на жизнедеятельность микроорганизмов почвы. Методы регулирования.

Изменение условий внешней среды  оказывает воздействие на жизнедеятельность  микроорганизмов. Физические, химические, биологические факторы среды  могут ускорять или подавлять  развитие микробов, могут изменять их свойства или даже вызывать гибель.

К факторам среды, оказывающим наиболее заметное действие на микроорганизмы, относятся влажность, температура, кислотность и химический состав среды, действие света и других физических факторов.

Влажность

Микроорганизмы могут жить и  развиваться только в среде с  определенным содержанием влаги. Вода необходима для всех процессов обмена веществ микроорганизмов, для нормального  осмотического давления в микробной  клетке, для сохранения ее жизнеспособности. У различных микроорганизмов  потребность в воде не одинакова. Бактерии относятся в основном к  влаголюбивым, при влажности среды  ниже 20 % их рост прекращается. Для плесеней нижний предел влажности среды составляет 15%, а при значительной влажности  воздуха и ниже. Оседание водяных  паров из воздуха на поверхность  продукта способствует размножению  микроорганизмов.

При снижении содержания воды в среде  рост микроорганизмов замедляется  и может совсем прекращаться. Поэтому  сухие продукты могут храниться  значительно дольше продуктов с  высокой влажностью. Сушка продуктов  позволяет сохранять продукты при  комнатной температуре без охлаждения.

Некоторые микробы очень устойчивы  к высушиванию, некоторые бактерии и дрожжи в высушенном состоянии  могут сохраняться до месяца и  более. Споры бактерий и плесневых  грибов сохраняют жизнеспособность при отсутствии влаги десятки, а  иногда и сотни лет.

Температура

Температура — важнейший фактор для развития микроорганизмов. Для  каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:

• психрофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при низких температурах с минимумом при -10-0 °С, оптимумом при 10-15 °С;
• мезофилы - микроорганизмы, для которых оптимум роста наблюдается при 25-35 °С, минимум — при 5-10 °С, максимум — при 50-60 °С;
• термофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при относительно высоких температурах с оптимумом роста при 50-65 °С, максимумом — при температуре более 70 °С.

Большинство микроорганизмов относится  к мезофилам, для развития которых  оптимальной является температура 25-35 °С. Поэтому хранение пищевых  продуктов при такой температуре  приводит к быстрому размножению  в них микроорганизмов и порче  продуктов. Некоторые микробы при  значительном накоплении в продуктах  способны привести к пищевым отравлениям  человека. Патогенные микроорганизмы, т.е. вызывающие инфекционные заболевания  человека, также относятся к мезофилам.

Низкие температуры замедляют  рост микроорганизмов, но не убивают  их. В охлажденных пищевых продуктах  рост микроорганизмов замедленно, но продолжается. При температуре ниже О °С большинство микробов прекращают размножаться, т.е. при замораживании  продуктов рост микробов останавливается, некоторые из них постепенно отмирают. Установлено, что при температуре  ниже О °С большинство микроорганизмов  впадают в состояние, похожее  на анабиоз, сохраняют свою жизнеспособность и при повышении температуры  продолжают свое развитие. Это свойство микроорганизмов следует учитывать  при хранении и дальнейшей кулинарной обработке пищевых продуктов. Например, в замороженном мясе могут длительно  сохраняться сальмонеллы, а после  размораживания мяса они в благоприятных  условиях быстро накапливаются до опасного для человека количества.

При воздействии высокой температуры, превышающей максимум выносливости микроорганизмов, происходит их отмирание. Бактерии, не обладающие способностью образовывать споры, погибают при нагревании во влажной среде до 60-70 °С через 15-30 мин, до 80-100 °С — через несколько секунд или минут. У спор бактерий термоустойчивость значительно выше. Они способны выдерживать 100 °С в течение 1-6 ч, при температуре 120-130 °С споры бактерий во влажной среде погибают через 20-30 мин. Споры плесеней менее термостойки.

Тепловая кулинарная обработка  пищевых продуктов в общественном питании, пастеризация и стерилизация продуктов в пищевой промышленности приводят к частичной или полной (стерилизация) гибели вегетативных клеток микроорганизмов.

При пастеризации пищевой продукт  подвергается минимальному температурному воздействию. В зависимости от температурного режима различают низкую и высокую  пастеризацию.

Низкая пастеризация проводится при  температуре, не превышающей 65-80 °С, не менее 20 мин для большей гарантии безопасности продукта.

Высокая пастеризация представляет собой  кратковременное (не более 1 мин) воздействие  на пастеризуемый продукт температуры  выше 90 °С, которая приводит к гибели патогенной неспороносной микрофлоры и в то же время не влечет за собой  существенных изменений природных  свойств пастеризуемых продуктов. Пастеризованные продукты не могут  храниться без холода.

Стерилизация предусматривает  освобождение продукта от всех форм микроорганизмов, в том числе и спор. Стерилизация баночных консервов проводится в  специальных устройствах — автоклавах (под давлением пара) при температуре 110-125°С в течение 20-60 мин. Стерилизация обеспечивает возможность длительного  хранения консервов. Молоко стерилизуется  метолом ультравысокотемпературной  обработки (при температуре выше 130 °С) в течение нескольких секунд, что позволяет сохранить все  полезные свойства молока.

Регулирование теплового  режима почвы

Знание тепловых свойств почвы  позволяет использовать различные  агротехнические приемы, существенно  влияющие на тепловой режим почвы.  Основными факторами, определяющими способность почв проводить и аккумулировать тепло, являются их механический, минералогический состав, а также влажность и плотность.  Чем меньше плотность почвы, тем менее плотно прилегают частицы друг к другу, тем меньше ее теплопроводность. Теплопроводность – это способность почв проводить тепло от слоя к слою при разности температур между слоями. Чем меньше теплопроводность почвы, тем интенсивнее она прогревается или выхолаживается в верхних слоях, тем выше или ниже температура поверхности почвы.  Почвы с низкой теплопроводностью, например торфянистые, медленно нагреваются. Суточная температурная волна в них распространяется на незначительную глубину: до 20 – 30 см. В результате в таких почвах наблюдается перегрев верхних слоев и пониженные температуры более глубоких слоёв в дневные часы в теплое время года.   К таким плохо прогревающимся почвам следует отнести, кроме торфянистых, также тяжелые глинистые и суглинистые почвы. Эти почвы из-за их низкой теплопроводности и высокой теплоёмкости называют холодными, а песчаные, быстро подсыхающие, — теплыми.   Однако более влагоемкие и водоудерживающие суглинистые почвы при прочих равных условиях промерзают значительно меньше, чем песчаные.    Существуют агротехнические, агромелиоративные и агрометеорологические приемы активного влияния на тепловой режим почв.    Наиболее доступные агротехнические приемы для активного воздействия на тепловой баланс почвы.   1. Создание гребнистой поверхности способствует повышению температуры в верхних слоях почвы. Температура почвы на гребнистой поверхности на 3 - 5° С выше, чем на ровных участках.  2. Глубина основной и поверхностной обработки. Ранневесеннее боронование и рыхление почвы усиливают ее прогревание. При вспашке или культивации происходит нарушение однородности почвы по глубине - изменяется плотность, общая пористость и пористость аэрации. Это приводит к снижению теплопроводности и изменению теплоемкости почвы. Разность в температуре нагрева почвы с различной мощностью пахотного горизонта будет пропорциональна глубине обработки.   3. Прикатывание верхнего слоя почвы в тёплое время года повышает теплопроводность уплотненного слоя. Этим приемом можно повысить температуру на 3 - 5°С в - 10 - сантиметровом слое, залегающем ниже уплотненной прослойки.  4. Температуру почвы можно значительно изменить мульчированием (покрытием поверхности почвы различными материалами: полимерными пленками, торфом, соломой, опилками и др.). Черная мульча уменьшает отражательную способность почвы и способствует ее нагреву, белое покрытие может служить средством снижения избыточного нагревания почвы.  5. Повышению температуры почвы способствует применение больших доз органических удобрений. Тепло выделяется микроорганизмами в процессе разрушения органического вещества и их жизнедеятельности. Различные группы микроорганизмов используют 15—50% поглощенной ими энергии на поддержание жизни, а остальную выделяют в виде тепла в окружающее пространство. При разложении органического вещества (навоз) микроорганизмы могут повышать его температуру до 40—60 °С.  6. Распространенным агрометеорологическим приемом является создание дымовых завес, снижающих излучение тепла из почвы и предохраняющих растения от заморозков.   7. Увеличение влажности почвы путем обычного полива или орошения ведет к значительному снижению температуры в результате затрат тепла на нагревание и испарение воды. Однако при глубоких предзимних влагозарядковых поливах наблюдается другая картина. Вода, находящаяся в почве, представляет собой раствор с большим количеством различных веществ, вследствие чего температура его замерзания оказывается гораздо ниже (до — 10°С), чем температура замерзания чистой воды.  8. Накопление ровного и достаточно мощного слоя снега уменьшает глубину промерзания почвы, повышает ее температуру зимой и ускоряет оттаивание весной. Толщина снега в 1см удерживает воздействие температуры в 0, 4 - 1 градус. Так, при толщине снега 24 см на его поверхности температура была —26,8°С, а под снегом на поверхности почвы —13,8°С. При толщине снега в 50см и более температура у земли остаётся постоянной: от -5 до +5 градусов. Весной при наличии мощного снегового покрова (80-100 см) происходит оттаивание почвы снизу вверх за счет внутреннего тепла земли, а также сверху, за счет инфильтрации талых вод.  Методы регулирования теплового режима для каждой зоны нашей страны могут быть не только различными, но даже противоположными. В северных районах почти все приемы агротехники направлены на повышение температуры почвы и быстрейшее ее прогревание, а на юге — на ее снижение.

Регулирование влажности в почвах  

Комплекс мероприятий по регулированию  водного режима почв проводят для  устранения неблагоприятных условий  водоснабжения растений и микроорганизмов. Его разрабатывают с учетом конкретных почвенно-климатических условий.

Болотные почвы требуют осушительных мероприятий путем устройства открытого или закрытого дренажа. Минеральные гидроморфные (заболоченные) почвы, в которых наблюдается длительный застой воды, затрудняющий или исключающий рост и развитие сельскохозяйственных культур, также подлежат осушению. Однако эти почвы можно использовать в сельском и лесном хозяйстве без дренажа, если они находятся на начальном этапе проявления признаков гидроморфизма. Водный режим почв с временным избыточным увлажнением регулируют такими агротехническими приемами, как гребневание, бороздование, выравнивание поверхности почвы и нивелировка микро- и мезопонижений, в которых застаивается вода, и др. При создании глубокого пахотного слоя, рыхлении подпахотного горизонта увеличивается влагоемкость и улучшаются водный, воздушный и питательный режимы в корнеобитаемом слое.

В условиях недостаточного увлажнения применяют различные мероприятия, направленные на накопление, сохранение и рациональное использование влаги  в почве. Эффективный способ влагонакопления  — задержание снега и талых  вод. Лесные полосы, кулисные растения, стерня, валы из снега предохраняют снег от сдувания в зимнее время, увеличивают  запасы влаги в почве. Полезащитные лесные полосы также уменьшают испарение  влаги с поверхности почвы. Вспашка  поперек склона, обваловывание, лункование, прерывистое бороздование и другие приемы способствуют уменьшению поверхностного стока воды. Для снижения физического испарения применяют поверхностное рыхление почвы весной. При бороновании происходит разрыв почвенных капилляров, что обеспечивает «закрытие» влаги и сохранение ее в корнеобитаемом слое.

Основной способ улучшения водного  режима в засушливых зонах — орошение. Наряду с регулярным орошением поверхностным, подпочвенным способами и дождеванием  большое значение имеют приемы разового лиманного и паводкового орошения, а также влагозарядковые поливы. В каждой природной зоне должен быть дифференцированный подход к выбору способов по регулированию водного  режима почв. 

 

4. Таблица   Основы систематики грибов

 

Название класса	Строение мицелия	Какими спорами представлено размножение		Представители
		половое	бесполое
Аскомицеты	Пора, наружная стенка, грифы	Половой процесс сумок	кондиями	Трюфели, сморчки, дрожжи
Зигомицеты	Мицелий не клеточный. Состав клеточных  стенок- глюканы целлюлоза	Половое, собственно, бесполое, вегетативное. Зигота, мейоза	эндогенно в   спорангиях экзогенно в конидиеносцах	хищные грибы
Базидиомицеты	Клетка-2 гаплоидных  ядра(дикарион) возле септы-пряжка	соматогамии  две вегетативные одно- ядерные клетки гаплоидного  мицелия	кондиями	белые, маслята, сыроежки
Дейтеромицеты	мицелий хорошо развитый, клеточный  в стенках-хитин		конидиями	Cephalosporium,  Alternaria, Trichoderma, Cladosporium

 

         Участие микроорганизмов в круговороте  азота

 

 

Источник азотного питания	Процесс осуществляемый  микроорганизмами	Микроорганизмы, участвующие  в процессе	Условия благоприятствующие  течению процесса
Молекулярный азот	фиксация азота симбиотические, не симбиотические, ассоциативные аммиак	высшие растения свободно живущие  в почве и усваивающие азот воздуха обитающие на поверхности корневой системы злако мультиферментный комплекс нитрогеназа(белок)	обычные условия поддержание температуры около 500С и давление 300-350атм.
Азот органических соединений(белки, нуклеиновые кис- лоты, мочевина и другие)	нитросоединение   Нитрование	производные углеводородов получаемые замещением атома водорода на нитрогруппы моно-, ди-, полинитросоединения смесь концентрированных азотной и серной кислот –толуол ,гексан акрил-галогенидов с нитритом Ag	нагревание, повышенное давление
Аммонийный азот	диссоциация	солей аммония в водных растворах образуется катион аммония	комнатная температура соль стабильна, слабая соль разлагается
Нитратный азот	натриевая селитра	азотнокислый натрий, нитрат натрия илийская селитра. Неитрализации азотной кислоты содой или едким натром	кислые не известкованных почвах нечерноземной полосы

 

 

 Рисунки 1.  Разнообразие форм истинных бактерий

 

Рисунок 2. Особенности расположения спор у различных видов бактерий     (бациллярное, клостридиальное, плектридиальное)