 |
|
|
БИОЛОГИЯ ПОЧВ |
Глава 2. УЧАСТИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В ЦИКЛАХ ОСНОВНЫХ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В БИОСФЕРЕ И ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ
|
Смотрите также:
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
УЧАСТИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В РАЗРУШЕНИИ И НОВООБРАЗОВАНИИ МИНЕРАЛОВ
Рассмотренные выше превращения калия, железа, алюминия, фосфора и серы, а также редких элементов связаны с процессами разрушения и новообразования минералов в почвах. Эти процессы, с одной стороны, обеспечивают потребности растений и почвенных микроорганизмов в элементах минерального питания, а с другой — влияют на такие свойства почвы, как ее поглотительная способность, структура, влагоудержание. Таким образом, в совокупности процессы образования минералов и их деструкции формируют тот комплекс свойств, который определяет почвенное плодородие.
Минеральные элементы аккумулированы в литосфере и в ходе почвообразовательного процесса вовлекаются в биологический круговорот и попадают в биосферу. Именно в этом звене два круговорота — большой геологический и малый биологический — тесно сплетаются между собой.
Процессы извлечения зольных веществ из почвообразующих пород имеют значение не только на первых стадиях формирования почв, когда это единственный источник элементов питания, но и в тех условиях развитых почв, где имеет место активный вынос растворимых веществ из почвенного профиля.
Микроорганизмам почвы принадлежит важнейшая, хотя и не исключительная, роль в деструкции минералов почвообразующих пород. В этих процессах участвуют водоросли, лишайники, грибы, бактерии и актиномицеты. Особое значение имеют микроорганизмы-кислотооб- разователи, например, нитрификаторы, тионовые бактерии, микроми- цеты. Несомненно, велика роль лишайниковых кислот. Под корочками литофильных лишайников всегда можно обнаружить слой разрушенной горной породы.
О биохимических механизмах деструкции минералов было сказано в разделе о превращениях калия. В результате воздействия на минералы кислот, слизей и щелочей происходит либо полное растворение минерала с образованием аморфных продуктов распада, либо ионы калия, например, изоморфно замещаются ионами водорода и натрия без разрушения кристаллических решеток минерала. Химические элементы, входящие в состав минерала, извлекаются необязательно пропорционально их содержанию и соотношению в исходном материале. Биологическое выветривание может привести к преобразованию одного минерала в другой благодаря изменению химического состава при избирательном извлечении элементов. Например, при разложении алюмосиликатов с участием гетеротрофных бактерий происходит последовательное извлечение сначала щелочных элементов, затем щелочноземельных и в последнюю очередь — кремния и алюминия.
Устойчивость минералов к микробному разрушению определяется не только прочностью структуры кристаллической решетки, но и условиями среды, в которой протекает процесс, а также специфичностью микрофлоры и, следовательно, биохимическим механизмом ее воздействия на минерал. В природе наиболее интенсивная деструкция минералов протекает в подзолистых почвах и там, где идет процесс латеритизации. В первом случае происходит накопление Si02, во втором — полуторных окислов R2O3. Т. В. Аристовская (1980) так описывает процесс обогащения иллювиальных горизонтов подзолистых почв свободными полуторными окислами: «Образующиеся при разложении опада агрессивные органические соединения, преимущественно органические кислоты и полифенолы, фильтруясь через почвенную толщу, вызывают распад минералов породы и, связываясь с R2O3, увлекают их в нижележащие горизонты, оставляя за собой обогащенный кремнеземом подзолистый горизонт. При минерализации закрепившихся в иллювиальном горизонте железо- и алюмоорганических соединений накапливаются свободные полуторные окислы».
Микроорганизмы почвы участвуют не только в рассеивании элементов, содержащихся в минералах, но и в минералообразовании.
Биогенное образование глинистых минералов — распространенный, но очень слабо изученный процесс. Отправным пунктом в изучении роли микроорганизмов в глинообразовании могут служить данные по превращению кремния, алюминия и железа, отчасти рассмотренные выше.
О возможности биогенного образования минералов гидроокиси алюминия (бокситов) с участием микроорганизмов свидетельствуют материалы, полученные Т. В. Аристовской (1980) по разложению алюмоорганических соединений с отложением алюминия на микробных структурах. Другой возможный путь — использование Si02 алюмосиликатов низшими организмами с освобождением алюминия.
Микроорганизмы в почвах образуют не только глинозем, но и участвуют в отложениях других минералов — сульфидных, карбонатных, фосфатных, железистых, силикатных. Некоторые минералы возникают как новообразования, другие — в результате преобразования исходных. Минералогический состав почв формируется под влиянием тех и других процессов.
Карбонатные минералы в почвах — продукты биогенного происхождения. Кальциты образуются при осаждении кальция углекислотой, выделяемой при дыхании, брожении и неполном окислительном разложении органических веществ самыми разнообразными почвенными организмами. Осаждение кристаллов кальцита показано в культурах анаэробных сульфатвосстанавливающих бактерий, аэробных дрожжей и псевдомонад.
Кремний в почвах составляет около 35% массы всех химических элементов, а содержащие его минералы — 97% всей массы земной коры, в почве кремний находится в виде кремнезема, кислородного соединения Si02. Он активно поглощается растениями, диатомовыми водорослями, микроорганизмами при разрушении ими минералов. Основная масса биогенного кремнезема поступает в почву с растительными остатками в виде поликремниевых кислот. Далее, в зависимости 0т условий, кремнезем либо выносится в нижние горизонты почв в виде фитолитов, либо подвергается растворению, либо кристаллизуется и превращается во вторичный кварц. Фитолиты растворяются в щелочной среде, создаваемой некоторыми микроорганизмами, например уробактериями.
Возможность миграции биогенного кремнезема в кислых растворах не доказана. Кристаллизация фитолитов и преобразование их во вторичный кварц происходит в почвах районов с сухим климатом. Роль микроорганизмов в процессах преобразования аморфного кремнезема во вторичный кварц сводится к освобождению фитолитов от органических веществ. Дальнейшая кристаллизация — процесс* химический, а не биологический. Источником вторичного кварца может быть и растворенный кремнезем, переходящий в нерастворимую форму под влиянием щелочных продуктов микробов.
Процессы минералообразования при разложении сульфидов детально исследованы на примере тионовых бактерий Thiobacillus fer- rooxidans. В кислой среде они окисляют первичные сульфиды, из которых образуются новые вторичные минералы, например, из сульфида свинца — галенита образуется англезит. Основной сурьмяный минерал антимонит под действием Th. ferrooxidans превращается в сенар- монтит, который далее в кислой среде может окисляться в Sb205 с участием Stibiobacter senarmontii, либо в нейтральных условиях превращается в ЭЬгОз Th. thioparus subsp. antimoniticum.
|
|
|
|
К содержанию книги: И. П. БАБЬЕВА, Г. М. ЗЕНОВА, Д.Г.ЗВЯГИНЦЕВ
|
Последние добавления:
Вильямс. Травопольная система земледелия
Качинский - Жизнь и свойства почвы
Вернадский - химическое строение биосферы