Почвенная биология

Биология почвы - это изучение микробной и фауновой активности и экологии в почве . Жизнь почвы , почвенная биота , фауна почвы или эдафор- это коллективный термин, который охватывает все организмы , которые проводят значительную часть их жизненного цикла в рамках почвенного профиля или на границе раздела почвы . Эти организмы включают дождевые черви , нематоды , простейшие , грибы , бактерии , различные членистоногие , а также некоторые рептилии (такие как змеи ), и виды грубых млекопитающих, таких как суслики , родинки и собаки прерии . Биология почвы играет жизненно важную роль в определении многих характеристик почвы. Разложение органического вещества организмами почвенных организмов оказывает огромное влияние на плодородие почвы , рост растений , структуру почвы и хранение углерода . Как относительно новая наука, многое остается неизвестным о биологии почвы и ее влиянии на почвенные экосистемы .

Обзор

Почва является домом для большой части мирового биоразнообразия . Связь между организмами почвы и функциями почвы является сложным. Взаимосвязанность и сложность этой почвы «пищевая сеть» означает любую оценку функции почвы обязательно должна учитывать взаимодействие с живыми сообществами , которые существуют в почве. Мы знаем, что почвенные организмы разрушают органическое вещество , делая питательные вещества для поглощения растениями и другими организмами. Питательные вещества, хранящиеся в организме почвенных организмов, предотвращают потерю питательных веществ путем выщелачивания . Микробные экссудаты действуют для поддержания структуры почвы , а дождевые черви важны для биотурбации . Тем не менее, мы обнаруживаем, что не понимаем критических аспектов о том, как эти популяции функционируют и взаимодействуют. Обнаружение гломалина в 1995 году показывает, что нам не хватает знаний, чтобы правильно ответить на некоторые из самых основных вопросов о биогеохимическом цикле в почвах. Впереди много работы, чтобы лучше понять экологическую роль биологических компонентов почвы в биосфера .

В сбалансированной почве растения растут в активной и устойчивой среде. Содержание минералов в почве и ее душевное ^{[ нужно разъяснения ]} Структура важна для их благополучия, но именно жизнь на земле питает свои циклы и обеспечивает его фертильность. Без деятельности почвенных организмов органические материалы будут накапливаться и засорить поверхность почвы, и для растений не было бы пищи. Почвенная биота включает в себя:

Мегафауна: диапазон размеров - 20 мм вверх, например, мосы , кролики и грызуны .
Макрофауна: диапазон размеров - от 2 до 20 мм, например , вудличе , дождевые черви , жуки , многоножки , слизняки , улитки , муравьи и урожая .
Месофауна : диапазон размеров - от 100 микрометра до 2 мм, например, ТАРДИГРАДЫ , Клеки и Спрингвоты .
Микрофауна и микрофлора: диапазон размеров - от 1 до 100 микрометров, например, дрожжи , бактерии (обычно актинобактерии ), грибки , простейшие , круглые черви и опекуны .

Из них бактерии и грибы играют ключевую роль в поддержании здоровой почвы. Они действуют как декомпозиторы , которые разбивают органические материалы для производства детрита и других продуктов поломки. Почвенные детритоядные , такие как дождевые черви, проглатывают детрит и разлагают его. Сапротрофы , хорошо представленные грибами и бактериями, экстракт растворимых питательных веществ из делитро. Муравьи (макрофауны) помогают, разрушаясь таким же образом, но они также обеспечивают часть движения, когда они движутся в своих армиях. Также грызуны, пожиратели дерева помогают почве быть более впитывающими.

Объем

Биология почвы включает в себя работу в следующих областях:

Моделирование биологических процессов и динамики популяции
Биология почвы, физика и химия: появление физико -химических параметров и поверхностных свойств на биологические процессы и поведение популяции
Биология популяции и молекулярная экология : методологическое развитие и вклад в изучение микробных и фауновых популяций; разнообразие и динамика населения ; Генетические переводы, влияние факторов окружающей среды
Экология сообщества и процессы функционирования: взаимодействие между организмами и минеральными или органическими соединениями ; участие таких взаимодействий в патогенности почвы ; трансформация минеральных и органических соединений, езда на велосипеде элементов ; почвенная структура

Дополнительные дисциплинарные подходы обязательно используются, которые включают молекулярную биологию , генетику , экофизиологию, биогеографию , экологию, процессы почвы, органическое вещество, динамика питательных веществ ^{[ 1 ]} и ландшафтная экология .

Бактерии

Бактерии представляют собой одноклеточные организмы и самые многочисленные жители сельского хозяйства, с населением от 100 до 3 миллиардов в грамме. Они способны к очень быстрому размножению путем бинарного деления (делящего на два) в благоприятных условиях. Одна бактерия способна производить еще 16 миллионов всего за 24 часа. Большинство почвенных бактерий живут рядом с корнями растений и часто называют ризобактериями. Бактерии живут в почвенной воде, включая пленку влаги, окружающие частицы почвы, а некоторые могут плавать с помощью жгутиков . Большинство полезных бактерий, которые нуждаются в почве, нуждаются в кислороде (и, таким образом, называются аэробными бактериями), в то время как те, которые не требуют воздуха, называются анаэробными и имеют тенденцию вызывать гниение мертвого органического вещества. Аэробные бактерии наиболее активны в почве , которая является влажной (но не насыщенной, поскольку это лишает аэробных бактерий воздуха, которые им требуются) и нейтрального pH почвы , а где есть много пищи ( углеводы и микроэлементы из органического вещества) доступны. Враждебные условия не будут полностью убивать бактерии; Скорее, бактерии перестанут расти и попадут в бездействующую стадию, и люди с проадаптивными мутациями могут лучше конкурировать в новых условиях. Некоторые грамположительные бактерии производят споры, чтобы ждать более благоприятных обстоятельств, а грамотрицательные бактерии попадают в «некультуре». Бактерии колонизируются постоянными вирусными агентами ( бактериофагами ), которые определяют порядок генов у бактериального хозяина.

С точки зрения органического садовника, важными ролями, которые играют бактерии:

Нитрификация

Нитрификация является жизненно важной частью азотного цикла , в которой определенные бактерии (которые производят свои собственные углеводы без использования процесса фотосинтеза) способны трансформировать азот в форме аммония , который продуцируется разложением белков в нитраты , которые доступны для растущих растений и снова преобразованы в белки.

Фиксация азота

В другой части цикла процесс фиксации азота постоянно помещает дополнительный азот в биологическую кровообращение. Это осуществляется свободноживущими азотными фиксирующими бактериями в почве или воде, таких как азотобактер , или те, которые живут в тесном симбиозе с бобовыми растениями, такими как ризобия . Эти бактерии образуют колонии в узлах, которые они создают на корнях гороха , бобов и родственных видов. Они способны преобразовать азот из атмосферы в азотные органические вещества. ^{[ 2 ]}

Денитрификация

В то время как фиксация азота превращает азот из атмосферы в органические соединения, серия процессов, называемых денитрификацией, возвращает приблизительно равное количество азота в атмосферу. Денитрифицирующие бактерии имеют тенденцию быть анаэробными или факультитивно анаэробными (могут изменяться между зависимыми от кислорода и независимыми от кислорода типа метаболизма), включая ахромобактер и псевдомоны . Процесс очистки, вызванный условиями без кислорода, превращает нитраты и нитриты в почве в газ азота или в газообразные соединения, такие как оксид азота или оксид азота . В избытке денитрификация может Привести к общим потерям имеющегося почвенного азота и последующей потери плодородия почвы . Однако фиксированный азот может много раз циркулировать между организмами и почвой Прежде чем денитрификация вернет его в атмосферу. Диаграмма выше иллюстрирует азотный цикл.

Actinomycetota

Actinomycetota имеют решающее значение для разложения органического вещества и образования гумуса . Они специализируются на разрушении целлюлозы и лигнина вместе с жестким хитином, найденным на экзоскелетах насекомых. Их присутствие отвечает за сладкий «землистый» аромат, связанный с хорошей здоровой почвой. Они требуют большого количества воздуха и pH от 6,0 до 7,5, но они более терпимы к сухим условиям, чем большинство других бактерий и грибов. ^{[ 3 ]}

Грибы

Грамм садовой почвы может содержать около миллиона грибов , таких как дрожжи и плесени . Грибы не имеют хлорофилла , и они не могут делать фотосинтез . Они не могут использовать атмосферный диоксид углерода в качестве источника углерода, поэтому они являются химито-гетеротрофическими , что означает, что, как и животные , им требуется химический источник энергии, а не способность использовать свет в качестве источника энергии, а также органические субстраты для Получить углерод для роста и развития.

Многие грибы являются паразитными, часто вызывая заболевание для их живого растения -хозяина, хотя некоторые имеют полезные отношения с живыми растениями, как показано ниже. С точки зрения создания почвы и гумуса, наиболее важные грибы имеют тенденцию быть сапротрофными ; То есть они живут на мертвой или разлагающейся органическом веществе, разрушая его и превращая его в формы, которые доступны для более высоких растений. Последовательность видов грибов колонизирует мертвое вещество, начиная с тех, которые используют сахар и крахмал, которые сменились теми, кто способен разрушать целлюлозу и лигнины .

Грибы раздвинуты под землей, отправляя длинные тонкие нити, известные как мицелий по всей почве; Эти нити можно наблюдать во многих почвах и кучах компоста . Из мицелия грибы способны подбросить свои плодовые тела, видимую часть над почвой (например, грибы , тоадштуопы и пуфболы ), которая может содержать миллионы споров . Когда плодоносили кузов , эти споры рассеяются по воздуху, чтобы оседать в Свежая среда и способна лежать бездействующим в течение многих лет до тех пор, пока не появятся правильные условия для их активации, иначе подходящая еда не станет доступной.

Mycorrhizae

Те грибы, которые способны жить симбиотически с живыми растениями, создавая отношения, которые полезны для обоих, известны как Mycorrhizae (от Myco , означающего гриб и риза, означающие корень). Волосы для растений корневой кишки захватываются мицелия микоризы, которая частично живет в почве и частично в корне, и может либо покрыть длину корневых волос в качестве оболочки, либо концентрироваться вокруг его кончика. Микориза получает углеводы, которые она требует от корня, взамен предоставление Растение с питательными веществами, включая азот и влажность. Позже корни растений также поглотят мицелий в свои собственные ткани.

Полезные микоризные ассоциации можно найти во многих наших съедобных и цветущих культурах. Shewell Cooper предполагает, что они включают в себя не менее 80% семейств Brassica и Solanum (включая помидоры и картофель ), а также большинство видов деревьев , особенно в лесах и лесах. Здесь Mycorrhizae создают прекрасную подземную сетку, которая значительно выходит за пределы корней дерева, значительно увеличивая их диапазон кормления и фактически вызывая физическую взаимосвязанность соседних деревьев. Преимущества микоризных отношений с их партнерами по растениям не ограничиваются питательными веществами, но могут быть важны для размножения растений. В ситуациях, когда маленький свет способен достичь лесного пола, таких как североамериканские сосновые леса, молодой саженцы не могут получить достаточный свет для фотосинтеза для себя и не будут должным образом расти в стерильной почве. Но, если земля подложена микоризной ковриком, то развивающиеся рассады будут выбросить корни, которые могут связаться с грибковыми нитями, и через них получают нуждающиеся в ней питательные вещества, часто косвенно получаемые от его родителей или соседних деревьев.

Дэвид Аттенборо указывает на растение, грибы, отношения с животными, которые создают «трехстороннее гармоничное трио», которое можно найти в лесных экосистемах , в которых растение/гриб -симбиоз усиливается животными, такими как дикие кабаны, оленя, мыши или летающая белка , которые питаются плодовыми телами грибов, включая трюфели, и вызывают их дальнейшее распространение ( частная жизнь растений , 1995). Более высокое понимание сложных отношений, которые проникают в естественные системы, является одним из основных обоснований органического садовника , воздержавшегося от использования искусственных химических веществ и повреждения, которые они могут нанести. ^{[ Цитация необходима ]}

Недавние исследования показали, что арбускулярные микоризные грибы продуцируют гломалин , белок, который связывает частицы почвы и хранит как углерод, так и азот. Эти связанные с гломалином почвенные белки являются важной частью органического вещества почвы . ^{[ 4 ]}

Беспозвоночные

Фауна почвы влияет на образование почвы и органическое вещество почвы динамически на многих пространственно -временных масштабах. ^{[ 5 ]} Дождевые черви , муравьи и термиты смешивают почву по мере того, как они норы, значительно влияя на образование почвы. Дождевые черви проглатывают частицы почвы и органические остатки, увеличивая доступность питательных веществ растений в материале, который проходит через их тела. Производя и перемешивая почву и увеличивая стабильность почвенных агрегатов, эти организмы помогают обеспечить готовую инфильтрацию воды. Эти организмы в почве также помогают повысить уровень рН.

Муравьи и термиты часто называют «почвенными инженерами», потому что, когда они создают свои гнезда, в почву вносится несколько химических и физических изменений. Среди этих изменений увеличивается наличие наиболее важных элементов, таких как углерод, азот и фосфор - элементы, необходимые для роста растений. ^{[ 6 ]} Они также могут собирать частицы почвы с разных глубин почвы и наносить их в других местах, что приводит к смешиванию почвы, чтобы она богаче с питательными веществами и другими элементами.

Позвоночные

Почва также важна для многих млекопитающих. Суслики , родинки, собаки -прерии и другие грубые животные полагаются на эту почву для защиты и пищи. Животные даже возвращаются в почву, поскольку их ограбление позволяет больше дождя, снега и воды от льда, чтобы войти в почву, а не создавать эрозию. ^{[ 7 ]}

Стол жизни почвы

Эта таблица включает в себя некоторые знакомые типы почвенной жизни почвенной жизни, ^{[ 8 ]} Когерентный с распространенной таксономией, используемая в связанных статьях Википедии.

Домен	Королевство	Филум	Сорт	Заказ	Семья	Род
Прокариот	Бактерии	Pseudomonadota	Betaproteobacteria	Нитросомонадалес	Nitrosomonadaceae	Нитросомонас
Прокариот	Бактерии	Pseudomonadota	Alphaproteobacteria	Hyphomicrobiales	Nitrobacteraceae	Нитробактер
Прокариот	Бактерии	Pseudomonadota	Alphaproteobacteria	Hyphomicrobiales	Rhizobiaceae	Ризобий ^{[ А ]}
Прокариот	Бактерии	Pseudomonadota	Gammaproteobacteria	Pseudomonadales	Azotobacteraceae	Азотобактер
Прокариот	Бактерии	Actinomycetota	Актиномицетия
Прокариот	Бактерии	" Цианобактерии ( синие зеленые водоросли )
Прокариот	Бактерии	Bacillota	Клоррия	Clostridiales	Clostridiaceae	Clostridium
Эукариот	Грибы	Ascomycota	Eurotiomycetes	Eurotiales	Trichocomaceae	Penicillium
Эукариот	Грибы	Ascomycota	Eurotiomycetes	Eurotiales	Trichocomaceae	Аспергиллус
Эукариот	Грибы	Ascomycota	Sordariomycetes	Лицемер	Nectriaceae	Фусарий
Эукариот	Грибы	Ascomycota	Sordariomycetes	Лицемер	Лицемерас	Триходерма
Эукариот	Грибы	Basidiomycota	Агарикомицеты	Cantharellales	Ceratobasidiaceae	Rhizoctonia
Эукариот	Грибы	Зигомикота	Зигомицеты	Mucorales	Mucoraceae	Mucor
Эукариот	SAR (клада)	Heterokontophyta	Bacillariophyceae ( Diatomea welgae )
Эукариот	SAR (клада)	Heterokontophyta	Xanthophyceae ( желто-зеленые водоросли )
Эукариот	Альвеолата (клада)	Ресничка
Эукариот	Амебозоа (клада)
Эукариот	Plantae	Хлорофита ( зеленые водоросли )	Chlorophyceae
Эукариот	Животное	Нематода
Эукариот	Животное	Witifer
Эукариот	Животное	ТАРДИГРАД
Эукариот	Животное	Членистоногие	Энтогната	Коллембола
Эукариот	Животное	Членистоногие	Арахнид	Акарина
Эукариот	Животное	Членистоногие	Арахнид	Pseudoscorpionida
Эукариот	Животное	Членистоногие	Инсекта	Choleoptera ( личинки )
Эукариот	Животное	Членистоногие	Инсекта	Coleoptera	Carabidae ( грунтовые жуки )
Эукариот	Животное	Членистоногие	Инсекта	Coleoptera	Staphylinidae ( Rove Beetle )
Эукариот	Животное	Членистоногие	Инсекта	Diptera ( личинки )
Эукариот	Животное	Членистоногие	Инсекта	Hymenoptera	Formicidae ( Ant )
Эукариот	Животное	Членистоногие	Чилопода ( Сорока )
Эукариот	Животное	Членистоногие	Diplopoda ( Millipede )
Эукариот	Животное	Членистоногие	Малакостра	Isopoda ( Woodouse )
Эукариот	Животное	Аннелида	Клителлата	Гаплотаксида	Enchytraelae
Эукариот	Животное	Аннелида	Клителлата	Гаплотаксида	Lumbricidae
Эукариот	Животное	Моллуска	Гастропод

Смотрите также

Примечания

^ См . Ризобию для списка других азотных фиксирующих бактерий, занимающих аналогичную нишу корневых узелков.

Ссылки

^ Ochoa-Hueso, R; Delgado-Baquerizo, M; Король, PTA; Бенхэм, М; Arca, V; Power, SA (февраль 2019 г.). «Тип экосистемы и качество ресурсов важнее, чем глобальные драйверы изменений, регулирующие ранние стадии разложения мусора». Почвенная биология и биохимия . 129 : 144–152. doi : 10.1016/j.soilbio.2018.11.009 . HDL : 10261/336676 . S2CID 92606851 .
^ Диаграмма азота цикла: http://www.epa.gov/maia/html/nitrogen.html (сломан)
^ «Actinomycetes - замечательные антибиотики, фиксация азота, бактерии для декомпосировщиков» . www.the-compost-gardener.com . Получено 2019-05-08 .
^ Комис, Дон (сентябрь 2002 г.). «Гломалин: укрытие места для трети в мире хранилища в мире углерода в почве» . Сельскохозяйственные исследования : 4–7.
^ Фруз, Ян (2018-12-15). «Влияние макро- и мезофауны почвы на разложение мусора и стабилизация органического вещества почвы» . Геодерма . 332 : 161–172. BIBCODE : 2018GEODE.332..161F . doi : 10.1016/j.geoderma.2017.08.039 . ISSN 0016-7061 . S2CID 135319222 .
^ «Влияние термитной активности и ее влияние на состав почвы» . Researchgate . Получено 2019-05-08 .
^ «Какие виды животных живут в почве? Почему для них важное состояние почвы?» Полем Почвы имеют значение, возьмите совок! Полем 2015-06-30 . Получено 2019-05-08 .
^ (по -французски) Доминик Солтнер [ FR ] , Основы растительного производства, объем I: почва и ее улучшение , Сборные науки и методы Agricoles , 2003

Библиография

Александр, 1977, Введение в микробиологию почвы, 2 -е издание, Джон Уайли
Александр, 1994, Биодеградация и биоремедиация, академическая пресса
Bardgett, Rd, 2005, Биология почвы: подход сообщества и экосистем, издательство Оксфордского университета
Burges, A. и Raw, F., 1967, почвенная биология: академическая пресса
Coleman DC et al., 2004, Основы экологии почвы, 2 -е издание, Academic Press
Coyne, 1999, Микробиология почвы: исследовательский подход, Delmar
Doran, JW, DC Coleman, DF Bezdicek и Ba Stewart. 1994. Определение качества почвы для устойчивой среды. Специальная публикация Специального общества почвы № 35, ASA, Madison WIS.
Пол, Пенсильвания и Фе Кларк. 1996, Микробиология и биохимия почвы, 2 -е издание, Academic Press
Ричардс, 1987, Микробиология наземных экосистем, Longman Scientific & Technical
Sylvia et al., 1998, Принципы и применение микробиологии почвы, Prentice Hall
Общество по сохранению почвы и воды, 2000, почвенная биология.
Tate, 2000, почвенная микробиология, 2 -е издание, Джон Вили
Van Elsas et al., 1997, Современная почвенная микробиология, Marcel Covers
Wood, 1995, Экологическая почвенная биология, 2 -е издание, Blackie A & P
Vats, Rajeev & Sanjeev, Aggarwal. (2019). Влияние термитной активности и ее влияние на состав почвы.

Внешние ссылки

Мичиганский государственный университет - экология и управление почвой: биология почвы
Новый Южный Уэльс - биология почвы
Университет Миннесоты - биология почвы и управление почвой
Soil-net.com бесплатный учебный сайт школьного возраста, который многое включает в себя биологию почвы и обучение о почве и ее важности.
Почему органические удобрения являются хорошим выбором для здоровой почвы
Влияние трансгенного картофеля Zeaxanthin на исследовательский проект по биобезопасности качества почвы, финансируемый BMBF
Протокол анализа фосфолипидного жирового кислота Метод анализа микробного сообщества почвы (PDF-файл)
USDA-NRCS-праймер почвы биологии

[9] См . Ризобию для списка других азотных фиксирующих бактерий, занимающих аналогичную нишу корневых узелков.

[raul-1] Ochoa-Hueso, R; Delgado-Baquerizo, M; Король, PTA; Бенхэм, М; Arca, V; Power, SA (февраль 2019 г.). «Тип экосистемы и качество ресурсов важнее, чем глобальные драйверы изменений, регулирующие ранние стадии разложения мусора». Почвенная биология и биохимия . 129 : 144–152. doi : 10.1016/j.soilbio.2018.11.009 . HDL : 10261/336676 . S2CID 92606851 .

[epa-2] Диаграмма азота цикла: http://www.epa.gov/maia/html/nitrogen.html (сломан)

[3] «Actinomycetes - замечательные антибиотики, фиксация азота, бактерии для декомпосировщиков» . www.the-compost-gardener.com . Получено 2019-05-08 .

[usda02-4] Комис, Дон (сентябрь 2002 г.). «Гломалин: укрытие места для трети в мире хранилища в мире углерода в почве» . Сельскохозяйственные исследования : 4–7.

[5] Фруз, Ян (2018-12-15). «Влияние макро- и мезофауны почвы на разложение мусора и стабилизация органического вещества почвы» . Геодерма . 332 : 161–172. BIBCODE : 2018GEODE.332..161F . doi : 10.1016/j.geoderma.2017.08.039 . ISSN 0016-7061 . S2CID 135319222 .

[6] «Влияние термитной активности и ее влияние на состав почвы» . Researchgate . Получено 2019-05-08 .

[7] «Какие виды животных живут в почве? Почему для них важное состояние почвы?» Полем Почвы имеют значение, возьмите совок! Полем 2015-06-30 . Получено 2019-05-08 .

[solt03-8] (по -французски) Доминик Солтнер [ FR ] , Основы растительного производства, объем I: почва и ее улучшение , Сборные науки и методы Agricoles , 2003

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ А ]