ЛЕКЦИЯ 10 ТЕМА Роль микроорганизмов в геологической истории

ЛЕКЦИЯ 10 ТЕМА: «Роль микроорганизмов в геологической истории Земли и в улучшении плодородия почв» 1

Вопросы: 1. Роль микроорганизмов в геологической истории Земли. 2. Роль микроорганизмов в улучшении плодородия почв. 2

3

В анаэробных условиях сульфат кальция при участии сульфатредуцирующих бактерий восстанавливается до сероводорода и при этом выпадает в осадок карбонат кальция: Ca. SO 4 +8[H] +CO 2 → Ca. CO 3 + 3 H 2 O + H 2 S Большая часть известняка образовалась вследствие того, что гидрокарбонат кальция перемещался в тропические водоёмы, и там осаждался виде Ca. CO 3 при выделении CO 2 под действием повышенной температуры: Ca(HCO 3)2 → Ca. CO 3 + H 2 O +CO 2 4

5

Хемолитотрофные сообщества микроорганизмов, включившиеся в механизм взаимодействия окислителей атмосферы с восстановленными газами, выделявшимися из земных недр, являются первым этапом геохимической деятельности живых организмов. Включение живых организмов в глобальную систему миграции химических элементоввыделение газов из Земли в атмосферу, окисление их и последующее вымывание из атмосферы-усложнило систему и превратило её из абиогенной в биогенно-абиогенную. 6

7

Переход от первичной атмосферы, содержащей только восстановленные элементы, к атмосфере, содержащей кислород, был величайшим событием как в эволюции живых организмов, так и в преобразовании минералов. В результате превращения цитохромов в терминальные оксидазы и использования молекулярного кислорода в качестве акцептора электронов у бактерий стал возможным новый тип метаболизма-аэробное дыхание. 8

В глобальном процессе создания органического вещества водоросли постепенно заместили цианобактерии. Таким образом, 670 -570 млн лет назад сложилась система из продуцентов- фотосинтетиков (растения) и консументов- животных, обусловливающая углерод-кислородный биогеохимический цикл. 9

Для нормального состояния окружающей среды особо важное значение имеют биохимические процессы, регулирующие содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере. Свободный кислороднеобходимое условие существования главных форм жизни, углекислый газ- не только исходное сырьё для фотосинтеза, но также химическое соединение, от содержания которого зависят термические и климатические условия на поверхности Земли. 10

Почва- уникальная природная система. Главным свойством почвы является неразрывная связь входящих в неё живых и неживых компонентов. Их искусственное разделение делает невозможным существование почвы и полностью разрушает её как систему. В. И. Вернадский назвал почву «биокостным телом» . 11

Образование педосферы (тонкая оболочка почвы) и освоение суши живыми организмами повлекло за собой изменение количества и структуры видового состава живых организмов, а также всей динамики глобальных биогеохимических процессов. 12

Состав почвы сложен и включает твёрдую фазу, жидкую (почвенный раствор) и газовую (почвенный воздух). Твёрдая фаза представляет собой полидисперсную систему, в которой присутствуют относительно крупные частицы размером 0, 01 мм и высокодисперсные частицы размером менее 1 мкм. Частицы разного размера различаются механическими и физикохимическими свойствами. Почва состоит из минеральных и органических соединений. Главное своеобразие почвы заключается в наличии живых организмов (эдафон). 13

14

Органическое вещество почвы состоит из остатков растений, продуктов их разложения и первоначального преобразования мезофауной и микроорганизмами, а также из специфических почвенных органических веществ. Две последние категории составляют почвенный гумус. 15

Почва образуется и функционирует как система жизнедеятельности разных групп организмов. Среди них: 1. Организмы, осуществляющие фотосинтетическое продуцирование органического вещества (высшие растения). 2. Организмы, обеспечивающие деструкцию отмирающих растений (почвенная мезофауна и животные). 3. Организмы, производящие глубокую трансформацию продуктов деструкции, вплоть до их полной минерализации с выделением СО 2 и образованием специфических органических соединений почвы (микроорганизмы). 16

Почва- главный резервуар и естественная среда обитания микроорганизмов, принимающих участие в процессах её формирования и самоочищения, а также в круговороте веществ (азота, углерода, серы, железа) в природе. Почва состоит из неорганических и органических соединений, образующихся в результате гибели и разложения живых существ. Микроорганизмы почвы обитают в водных и коллоидных плёнках, обволакивающих почвенные частицы. Состав микрофлоры почвы разнообразен. 17

Количество микроорганизмов в почве достигает нескольких миллиардов в 1 грамме. Больше всего их в унавоженной и подвергнутой обработке (перепаханной и аэрированной) почве- до 4, 8 - 5, 2 млрд в 1 г. Меньше микробов содержится в лесной почве, ещё меньше- в песках (0, 9 - 1, 2 млрд в 1 г). 18

Гумусом называют содержащиеся в почве аморфный, обычно темноокрашенный материал биологического происхождения. В состав гумуса входят соединения, с трудом разлагающиеся микроорганизмами, - прежде всего лигнин, а также жиры, воски, углеводы и белковые компоненты. Они превращаются в полимерные вещества не поддающиеся точной химической характеристике. В образовании гумуса участвуют наряду с бактериями и грибами почвенная мезофауна- многочисленные беспозвоночные обильно населяющие верхние слои почвы, богатые органическим веществом. 19

Основными компонентами гумуса являются гуминовые и фульвокислоты, их соли, а также гумин- своеобразный комплекс сильно полимеризованных высокомолекулярных гумусовых кислот, связанных с высокодисперсными минеральными частицами. 20

Гумус почв играет двоякую роль. С одной стороны, он выступает как источник азота и других элементов, необходимых для растений. Поэтому гумус почв- важный фактор продуктивности фитоценозов и плодородия почв. С другой стороны, гумусовые кислоты и их производные, благодаря особенностям молекулярного строения активно влияют на миграцию и аккумуляцию химических элементов в педосфере. 21