Введение

Изучение живых организмов в почве
Подробная таблица жизни в почве

Биология почвы – это изучение микробной и фаунистической активности и экологии в почве. Почвенная жизнь, почвенная биота, почвенная фауна или эдафон – это собирательный термин, охватывающий все организмы, проводящие значительную часть своего жизненного цикла в почвенном профиле или на границе почвенной подстилки. К этим организмам относятся дождевые черви, нематоды, простейшие, грибы, бактерии, различные членистоногие, а также некоторые рептилии (например, змеи) и виды роющих млекопитающих, такие как гоферы, кроты и луговые собачки. Биология почвы играет жизненно важную роль в определении многих характеристик почвы. Разложение органического вещества почвенными организмами оказывает огромное влияние на плодородие почвы, рост растений, структуру почвы и накопление углерода. Поскольку это относительно новая наука, многое в биологии почвы и ее влиянии на почвенные экосистемы остается неизвестным.

Нитрификация

Нитрификация — важная часть азотного цикла, в котором определенные бактерии (способные производить собственные углеводы без фотосинтеза) преобразуют азот в форме аммония, образующегося при разложении белков, в нитраты, которые доступны для растущих растений и вновь превращаются в белки.

Фиксация азота

В другой части цикла процесс фиксации азота постоянно добавляет азот в биологический круговорот. Этот процесс осуществляют свободноживущие азотфиксирующие бактерии в почве или воде, такие как Azotobacter, или бактерии, живущие в тесном симбиозе с бобовыми растениями, например, ризобии. Эти бактерии образуют колонии в клубеньках, которые формируются на корнях гороха, фасоли и близкородственных видов. Они способны преобразовывать азот из атмосферы в азотсодержащие органические соединения.

Денитрификация

В то время как фиксация азота преобразует азот из атмосферы в органические соединения, серия процессов, называемых денитрификацией, возвращает в атмосферу примерно такое же количество азота. Денитрифицирующие бактерии обычно являются анаэробами или факультативными анаэробами (способными переключаться между кислородозависимым и кислородонезависимым типами метаболизма), включая Achromobacter и Pseudomonas. Процесс, происходящий в бескислородных условиях, преобразует нитраты и нитриты в почве в азотный газ или газообразные соединения, такие как закись азота или оксид азота. При избыточной денитрификации может произойти общая потеря доступного азота в почве и, как следствие, снижение её плодородия. Однако, фиксированный азот может многократно циркулировать между организмами и почвой, прежде чем денитрификация вернет его в атмосферу. На диаграмме выше изображен цикл азота.

Актиномицетота

Актиномицеты играют ключевую роль в разложении органического вещества и формировании гумуса. Они специализируются на разложении целлюлозы и лигнина, а также прочного хитина, содержащегося в экзоскелетах насекомых. Именно их присутствие обуславливает приятный, сладковато-«землистый» аромат здоровой почвы. Для их жизнедеятельности требуется достаточное количество воздуха и pH в пределах от 6,0 до 7,5, однако они более устойчивы к засухе, чем большинство других бактерий и грибов.

Грибки

В грамме садовой почвы может содержаться около миллиона грибов, таких как дрожжи и плесень. Грибы не содержат хлорофилла и не способны к фотосинтезу. Они не могут использовать атмосферный углекислый газ в качестве источника углерода, поэтому являются хемогетеротрофами, то есть, как и животные, им необходим химический источник энергии, а не возможность использовать свет в качестве источника энергии, а также органические субстраты для получения углерода для роста и развития. Многие грибы – паразиты, часто вызывающие заболевания у живых растений-хозяев, хотя некоторые из них находятся в полезных взаимоотношениях с живыми растениями, как показано ниже. В отношении формирования почвы и гумуса наиболее важными являются сапротрофные грибы; то есть они живут на мертвой или разлагающейся органической материи, разлагая ее и превращая в формы, доступные для высших растений. Последовательно различные виды грибов колонизируют мертвую органику, начиная с тех, которые используют сахара и крахмал, за которыми следуют те, которые способны расщеплять целлюлозу и лигнины. Грибы распространяются под землей, отправляя длинные тонкие нити, известные как мицелий, по всей почве; эти нити можно наблюдать во многих почвах и компостных кучах. Из мицелия грибы способны формировать плодовые тела – видимую часть над поверхностью почвы (например, шляпочные грибы, дождевики и мухоморы), которые могут содержать миллионы спор. Когда плодовое тело раскрывается, споры рассеиваются по воздуху и оседают в новых средах, где могут находиться в состоянии покоя до нескольких лет, пока не наступят благоприятные условия для их активации или не станет доступна подходящая питательная среда.

Микоризы

Грибы, способные жить в симбиозе с живыми растениями, создавая взаимовыгодные отношения, известны как микоризы (от *myco* – гриб и *rhiza* – корень). Мицелий микоризы проникает в корневые волоски растений, частично располагаясь в почве, частично – в корне, где он может покрывать всю длину волоска в виде влагалища или концентрироваться вокруг его кончика. Микориза получает от корня необходимые углеводы, а взамен обеспечивает растение питательными веществами, включая азот и влагу. Позднее корни растения также впитывают мицелий в свои ткани. Полезные микоризные ассоциации встречаются у многих наших съедобных и цветущих культур. По мнению Шевелла Купера, они включают не менее 80% семейств Капустные (Brassica) и Пасленовые (Solanum), в том числе помидоры и картофель, а также большинство видов деревьев, особенно в лесах и лесополосах. Здесь микоризы формируют тонкую подземную сеть, простирающуюся далеко за пределы корневой системы дерева, значительно расширяя зону питания и фактически соединяя соседние деревья физически. Польза микоризных отношений для растений не ограничивается питанием, но может быть жизненно важна для их размножения. В условиях недостаточного освещения лесного покрова, например, в сосновых лесах Северной Америки, молодой саженец не может получить достаточно света для фотосинтеза и не будет нормально расти в стерильной почве. Однако, если почва заражена микоризой, развивающийся саженец пускает корни, которые связываются с грибными нитями и через них получают необходимые питательные вещества, часто косвенно от родителей или соседних деревьев. Дэвид Аттенборо отмечает взаимосвязь растений, грибов и животных, создающую "гармоничное трио", характерное для лесных экосистем, где симбиоз растений и грибов усиливается животными, такими как дикие кабаны, олени, мыши или летяги, питающимися плодовыми телами грибов, включая трюфели, и способствующими их распространению (Private Life Of Plants, 1995). Более глубокое понимание сложных взаимосвязей, пронизывающих природные системы, является одним из основных аргументов в пользу органического земледелия, воздерживающегося от использования искусственных химикатов и потенциального вреда, который они могут нанести. Недавние исследования показали, что арбускулярные микоризные грибы производят гломалин – белок, связывающий частицы почвы и запасающий углерод и азот. Эти белки, связанные с гломалином, являются важной частью почвенного органического вещества.

Беспозвоночные

Фуна почвы динамически влияет на формирование почвы и органическое вещество в различных пространственно-временных масштабах. Дождевые черви, муравьи и термиты перемешивают почву при рытье нор, что существенно влияет на почвообразование. Дождевые черви заглатывают частицы почвы и органические остатки, повышая доступность питательных веществ для растений в материале, проходящем через их тела и выводящемся из них. Аэрируя и перемешивая почву, а также увеличивая стабильность почвенных агрегатов, эти организмы способствуют легкому проникновению воды. Эти организмы в почве также помогают улучшить уровень pH. Муравьев и термитов часто называют "инженерами почвы", поскольку при строительстве своих гнезд в почве происходят многочисленные химические и физические изменения. Среди этих изменений – увеличение содержания важнейших элементов, таких как углерод, азот и фосфор, необходимых для роста растений. Они также могут собирать частицы почвы с разных глубин и переносить их в другие места, что приводит к перемешиванию почвы и обогащению ее питательными веществами и другими элементами.

Позвоночные

Почва также важна для многих млекопитающих. Суслики, кроты, луговые собачки и другие роющие животные полагаются на эту почву для защиты и добычи пищи. Эти животные даже приносят пользу почве, так как их норы позволяют большему количеству дождевой воды, снега и талой воды проникать в почву, предотвращая эрозию.