Кіріспе
Топырақтағы тірі организмдерді зерттеу – топырақтағы тіршіліктің толық кестесі
a detailed table of life in soil
Топырақ биологиясы – топырақтағы микробиологиялық және фауналық қызмет пен экологияны зерттейтін ғылым. Топырақ тіршілігі, топырақ биотасы, топырақ фаунасы немесе эдафон – топырақ профилінің ішінде немесе топырақ пен шөгінділер арасындағы интерфейсте өмір циклының маңызды бөлігін өткізетін барлық организмдерді біріктіретін ұжымдық термин. Бұл организмдерге құрттар, нематодалар, протозоалар, саңырауқұлақтар, бактериялар, әртүрлі буынқұрлылар, сондай-ақ кейбір бауырымен жорғалаушылар (мысалы, жыландар) және гоферлер, тышқандар мен далалық иттілер сияқты жер қазғыш сүтқоректілердің түрлері жатады. Топырақ биологиясы топырақтың көптеген қасиеттерін анықтауда маңызды рөл атқарады. Топырақтағы организмдердің органикалық заттарды ыдыратуы топырақтың құнарлылығына, өсімдіктердің өсуіне, топырақтың құрылымына және көміртегінің жиналуына зор ықпал етеді. Бұл салыстырмалы түрде жаңа ғылым болғандықтан, топырақ биологиясы және оның топырақ экожүйелеріне тигізетін әсері туралы көп мәселелер әлі де зерттеуді қажет етеді.
Нитрификация
Нитрификация – азот айналымының маңызды бөлігі, онда белгілі бір бактериялар (фотосинтез процесін пайдаланбай өздеріне қажетті көмірсуларды өндіретін) ақуыздардың ыдырауынан түзілген аммоний түріндегі азотты өсімдіктерге сіңірілетін нитраттарға айналдырады, ал нитраттар қайтадан ақуыздарға өтеді.
Азотты бекіту
Циклдің тағы бір бөлігінде азотты бекіту процесі тұрақты түрде қосымша азотты биологиялық айналымға енгізеді. Бұл процесті топырақ немесе суда бос күйінде азотты бекітетін бактериялар, мысалы Azotobacter, немесе бұршақ тұқымдас өсімдіктермен тығыз симбиоз қарым-қатынасында тіршілік ететін бактериялар, мысалы ризобиялар арқылы жүзеге асырады. Бұл бактериялар безгек, бұршақ және оларға жақын түрлердің тамырларында түзілетін түйіндерде колониялар құрайды. Олар атмосфералық азотты азотты қамтитын органикалық заттарға түрлендіре алады.
Денитрификация
Азотты бекіту атмосферадағы азотты органикалық қосылыстарға айналдырса, денитрификация деп аталатын процестердің тізбегі атмосфераға шамамен бірдей мөлшерде азотты қайтарады. Денитрификация бактериялары көбінесе анаэробты немесе факультативті анаэробты (оттегіге тәуелді және оттегіге тәуелсіз метаболизм түрлері арасында ауыса алатын), мысалы, Ахромобактер және Псевдомонас болады. Топырақтағы нитраттар мен нитриттерді оттегізсіз жағдайда тазалау процесі оларды азот газына немесе азот тотығы, азот оксиді сияқты газ тәрізді қосылыстарға айналдырады. Денитрификация артық болған жағдайда топырақтағы қолжетімді азоттың жалпы жоғалуына және одан кейін топырақтың құнарлылығының төмендеуіне әкелуі мүмкін. Дегенмен, бекітілген азот денитрификация арқылы атмосфераға қайтарылуы алдында организмдер мен топырақ арасында көп рет айналуы мүмкін. Жоғарыдағы схема азот айналымын көрсетеді.
lead to overall losses of available soil nitrogen and subsequent loss of soil fertility. However, fixed nitrogen may circulate many times between organisms and the soil
before denitrification returns it to the atmosphere. The diagram above illustrates the nitrogen cycle.
Актиномицетота
Актиномицеттер органикалық заттардың ыдырауында және гумус пайда болуында маңызды роль атқарады. Олар целлюлоза мен лигнинді, сондай-ақ жәндіктердің экзоскелетінде кездесетін берік хитинді ыдыратады. Олардың болуы сау, жақсы топыраққа тән тәтті "жер" иісіне себеп болады. Оларға көп мөлшерде ауа және 6,0 мен 7,5 аралығындағы pH қажет, бірақ басқа бактериялар мен саңырауқұлақтарға қарағанда құрғақ жағдайларға төзімдірек.
Саңырауқұлақтар
Бір грамм бақша топырағында ашытқылар мен көбелектер сияқты шамамен бір миллион саңырауқұлақ болуы мүмкін. Саңырауқұлақтарда хлорофилл жоқ және олар фотосинтез жасай алмайды. Олар атмосфералық көмірқышқыл газын көміртек көзі ретінде пайдалана алмайды, сондықтан олар химиялық гетеротрофтар болып табылады, яғни жануарлар сияқты энергияны жарықтан емес, химиялық көзден алады, сонымен қатар өсу және даму үшін органикалық заттарды қажет етеді. Көптеген саңырауқұлақтар паразиттер, көбінесе тірі қоныс тегіс өсімдіктерде ауру тудырады, бірақ кейбіреулері тірі өсімдіктермен пайдалы қарым-қатынас жасайды, мысалы төменде көрсетілгендей. Топырақ пен гумус құру тұрғысынан ең маңызды саңырауқұлақтар сапротрофтар болып табылады; яғни олар өлі немесе шіритін органикалық заттармен қоректенеді, осылайша оларды ыдыратып, жоғары өсімдіктерге қолжетімді формаға айналдырады. Өлі затқа саңырауқұлақтар түрлері тізбектей қоныстанады, алғашқыда қанттар мен крахмалдарды пайдаланатындары, содан кейін целлюлоза мен лигнинді ыдырата алатындары келеді. Саңырауқұлақтар топыраққа мицелий деп аталатын ұзын, жіңішке жіптерді жіберіп, жер астында таралады; осы жіптерді көптеген топырақтар мен компост үйінділерінде көруге болады. Мицелийден саңырауқұлақтар топырақтан жоғары көрінетін жеміс денелерін (мысалы, саңырауқұлақтар, тырнақтар және жұмсақтар) шығарады, олардың ішінде миллиондаған споралар болуы мүмкін. Жеміс денесі жарылғанда, бұл споралар ауаға таралып, жаңа ортаға қоныстанады және олардың белсенділігі үшін қолайлы жағдайлар туғанға дейін немесе қоректік заттар жеткілікті болғанға дейін жылдар бойы күйге түсе алады.
fresh environments, and are able to lie dormant for up to years until the right conditions for their activation arise or the right food is made available.
Микоризалар
Тірі өсімдіктермен симбиотикалық қарым-қатынас орната алатын саңырауқұлақтар микориза деп аталады (мико – саңырауқұлақ, риза – тамыр). Өсімдік тамырларының жіңішке түктерін микоризаның мицелийі жапсарады, ол топырақта және тамырдың ішінде тіршілік етеді. Мицелий тамыр түктерін қаптауы мүмкін немесе олардың ұшына шоғырланады. Микориза тамырдан қажетті көмірсуларды алады, ал өсімдікке азот, ылғал және басқа да қоректік заттармен қамтамасыз етеді. Кейін өсімдік тамыры мицелийді өз тіндеріне сіңіреді. Микоризаның пайдалы қарым-қатынастары көптеген жеміс-жидектер мен гүлді дақылдарда кездеседі. Шеуэлл Купердің сөзіне сәйкес, бұл Brassica және Solanum тұқымдастарының (қызанақ пен картопты қоса алғанда) кем дегенде 80%-ын, сондай-ақ ағаштардың көп бөлігін, әсіресе орман және бұталы жерлерде қамтиды. Мұнда микориза ағаш тамырларының шегінен әлдеқайда асып түсетін жер астындағы жіңішке тор құрайды, осылайша олардың қоректену аймағын кеңейтеді және көршілес ағаштардың физикалық байланысын қамтамасыз етеді. Микоризаның өсімдік серіктесімен қарым-қатынасының пайдасы тек қоректік заттармен ғана шектелмейді, сонымен қатар өсімдіктердің көбеюі үшін де маңызды болуы мүмкін. Орманның түбіне аз жарық түсетін жағдайларда, мысалы, Солтүстік Американың қарағай ормандарында, жас көшет фотосинтез үшін жеткілікті жарық ала алмайды және топырағы стерильді болса дұрыс өспейді. Бірақ, егер жердің астында микоризалық төсем болса, онда өсіп келе жатқан көшет тамырларын саңырауқұлақ талшықтарымен байланыстырып, қажетті қоректік заттарды алады, көбінесе ата-анасынан немесе көршілес ағаштардан. Дэвид Аттенборо орман экожүйелерінде кездесетін "үшжақты үйлесімді трио" құрайтын өсімдік, саңырауқұлақ және жануарлар арасындағы қарым-қатынасты атап көрсетеді, онда өсімдік/саңырауқұлақ симбиозын жабайы шошқа, бұғы, тышқан немесе ұшатын қасқыр сияқты жануарлар күшейтеді, олар саңырауқұлақтың жеміс денелерімен, соның ішінде трюфельдермен қоректенеді және олардың одан әрі таралуына себеп болады (Private Life Of Plants, 1995). Табиғи жүйелердегі күрделі қарым-қатынастарды жақсырақ түсіну – органикалық бағбанның жасанды химиялық заттарды қолданудан бас тартуының және олардың келтіруі мүмкін зиянның басты себебі. Соңғы зерттеулер микоризалық саңырауқұлақтар топырақ бөлшектерін байланыстыратын және көміртек пен азотты сақтайтын гломалин деген ақуызды өндіретінін көрсетті. Бұл гломалинмен байланысты топырақ ақуыздары топырақтың органикалық затының маңызды бөлігі болып табылады.
the plant with nutrients including nitrogen and moisture. Later the plant roots will also absorb the mycelium into its own tissues. Beneficial mycorrhizal associations are to be found in many of our edible and flowering crops. Shewell Cooper suggests that these include at least 80% of the Brassica and Solanum families (including tomatoes and potatoes), as well as the majority of tree species, especially in forest and woodlands. Here the mycorrhizae create a fine underground mesh that extends greatly beyond the limits of the tree's roots, greatly increasing their feeding range and actually causing neighbouring trees to become physically interconnected. The benefits of mycorrhizal relations to their plant partners are not limited to nutrients, but can be essential for plant reproduction. In situations where little light is able to reach the forest floor, such as the North American pine forests, a young seedling cannot obtain sufficient light to photosynthesise for itself and will not grow properly in a sterile soil. But, if the ground is underlain by a mycorrhizal mat, then the developing seedling will throw down roots that can link with the fungal threads and through them obtain the nutrients it needs, often indirectly obtained from its parents or neighbouring trees. David Attenborough points out the plant, fungi, animal relationship that creates a "three way harmonious trio" to be found in forest ecosystems, wherein the plant/fungi symbiosis is enhanced by animals such as the wild boar, deer, mice, or flying squirrel, which feed upon the fungi's fruiting bodies, including truffles, and cause their further spread (Private Life Of Plants, 1995). A greater understanding of the complex relationships that pervade natural systems is one of the major justifications of the organic gardener, in refraining from the use of artificial chemicals and the damage these might cause. Recent research has shown that arbuscular mycorrhizal fungi produce glomalin, a protein that binds soil particles and stores both carbon and nitrogen. These glomalin related soil proteins are an important part of soil organic matter.
Омыртқасыздар
Топырақ фаунасы топырақ түзілуіне және топырақтың органикалық заттарына түрлі кеңістіктік-уақыттық деңгейлерде динамикалық түрде әсер етеді. Жер құрттары, құмырсқалар және термиттер жерді қазғанда топырақты араластырады, бұл топырақ түзілуіне маңызды әсер етеді. Жер құрттары топырақ бөлшектері мен органикалық қалдықтарды жұтады, олардың денесінен өтетін және шығатын материалдағы өсімдіктерге қажетті қоректік заттардың қолжетімділігін арттырады. Топырақты ауамен толықтыру және араластыру арқылы, сондай-ақ топырақ агрегаттарының тұрақтылығын арттыру арқылы, бұл организмдер судың оңай сіңуін қамтамасыз етуге көмектеседі. Топырақтағы осы организмдер pH деңгейін жақсартуға да септігін қосады. Құмырсқалар мен термиттерді жиі "топырақ инженерлері" деп атайды, себебі олар ұяларын салғанда топырақта бірнеше химиялық және физикалық өзгерістер болады. Осы өзгерістердің арасында көміртек, азот және фосфор сияқты өсімдік өсуіне ең қажетті элементтердің мөлшерінің артуы бар. Олар сонымен қатар топырақтың әртүрлі тереңдіктерінен топырақ бөлшектерін жинап, оларды басқа жерлерге орналастырады, нәтижесінде топырақ араласып, қоректік заттармен және басқа элементтермен байиды.
Омыртқалы жануарлар
Топырақ көптеген сүтқоректілер үшін де маңызды. Көгершіндер, тышқандар, далалық суырлар және басқа да жер қазғыш жануарлар қорғану және тамақтану үшін осы топыраққа тәуелді. Жануарлар тіпті топыраққа пайда келтіреді, себебі олардың қазған қуыстары топыраққа эрозия тудырмай, жаңбыр, қар және мұздан еріген судың сіңуіне жағдай жасайды.