Рециркуляція поживних речовин в ґрунті

Грунтові мікроби, органічна речовина і повторне використання поживних речовин

Грунтові мікроорганізми знаходяться в грунті у великих кількостях. Їх кількість безпосередньо залежить джерела вуглецю для отримання енергії. Внаслідок їх малих розмірів, вони мають незначну біомасу. Актиноміцети подібні по біомасі до бактерій. Популяції грибів домінують в структурно непорушених ґрунтах. Бактерії, актиноміцети і найпростіші більш витривалі, ніж гриби, відповідно, можуть виносити пошкодження грунту; вони домінують в просапних грунтах. Гриби і нематоди, як правило, домінують в No-Till грунтах.

Мікроорганізми	Кількість (в 1 г грунту)	Біомаса (г/м2)
Бактерії	108-109	40-500
Актиноміцети	107-108	40-500
Гриби	105-106	100-1500
Водорослі	104-105	1-50
Найпростіші	103-104	Значення перемінне
Нематоди	102-103	Значення перемінне

Мікробне розкладання органічної речовини (ОР) грунту

Розкладання органічної речовини забезпечує енергію для росту мікроорганізмів і поставляє вуглець для утворення нових клітин. Органічне речовина грунту складається трьох фракцій: мікроорганізми, свіжі залишки рослинного або тваринного матеріалу і гумусу. Гумус – це довгострокова фракція, яка протягом дуже довгого часу стійка до розкладання.

Також органічна речовина грунту можна розділити на дві групи: активну ОH (близько 35%) і пасивне ОР (близько 65%). Активне ОР складається з мікроорганізмів і свіжих залишків рослинного або тваринного матеріалу, який є їжею для бактерій і складається з цукрів і білків. Пасивне ОР стійко до розкладання мікроорганізмами.

Мікробам для виживання в грунті потрібні регулярні поставки активного ОР. Довгострокові ноу-тілл грунту мають більш високий рівень мікробів, містять найбільше активного вуглецю і більше ОР, аніж звичайні просапні ґрунту. Більшість мікробів у грунті існують в умовах голодування і, таким чином, вони, як правило, знаходяться в стані спокою (особливо в просапних грунтах).

Рослинні залишки і поживні речовини для рослин стають також їжею і для мікробів у грунті. Органічне речовина грунту – це всі органічні сполуки, а також: рослини, водорості, мікроорганізми (бактерії, гриби, найпростіші, нематоди і т.д.) і свіжі розкладаються залишки рослин, тварин і мікроорганізмів.

Все органічна речовина грунту можна розділити на складові частини. Так 100 грам мертвого рослинного матеріалу може дати 60-80 вуглекислого газу, який виділяється в атмосферу. Решта 20-40 г – це 3-8 г мікроорганізмів, 3-8 г НЕ-гумінових сполук і 10-30 г гумусу. Молекулярна структура ОР – це в основному, вуглець, кисень, водень, азот, і невеликі кількості фосфору і сірки. Органічне речовина грунту також є побічним продуктом циклів вуглецю і азоту.

Поживні речовини органічної речовини (ОР) грунту

Органічна речовина є сховищем багатьох поживних речовин для рослин. Складається з вуглецю, кисню, водоводу, азоту, сірки, фосфору і калію. Біологічно активні грунту містять велику кількість активного вуглецю і випускають для росту рослин більше поживних речовин, ніж грунту, які біологічно неактивні і містять менше активного органічної речовини. При обробці грунту велику кількість поживних речовин може бути звільнено, так як ОР споживається мікробами і руйнується під їх дією.

Вплив клімату, температури і рН на ОР

Органічна речовина також залежить від клімату і температури. Мікробні популяції можуть збільшуватися в два рази зі зміною температури на 50С.

Можна порівняти тропіки з холодними арктичними регіонами: в тропіках верхній шар грунту містить дуже мало ОР, оскільки висока температура і підвищена вологість швидко розкладають ОР.

Переміщення на північ або на південь від екватора збільшує значення ОР.

Тундра недалеко від Полярного кола; в цьому регіоні грунту мають високе значення ОР, тому що холодні температури заморожують і зберігають її.

Що найбільше впливаж на розкладання

На розкладання ОР впливають: волога, значення рН, глибина грунту і розмір часток. Гарячі і вологі регіони зберігають менше органічного вуглецю в грунті, ніж сухі і холодні регіони (в зв’язку зі збільшенням мікробного розкладання).

Швидкість розкладання ОР зростає, коли грунт піддається циклам сушки і зволоження. У нейтральних або злегка лужних грунтах розкладання ОР відбувається швидше, ніж кислих грунтах, тому вапнування грунту підсилює розкладання ОР і виділення діоксиду вуглецю.

Найбільше розкладання відбувається поблизу поверхні грунту, де знаходиться найвища концентрація рослинних залишків. На великих глибинах розкладання ОР відбувається гірше, завдяки меншій кількості рослинних залишків.

У лісових ґрунтах велика частина ОР поширюється в самих верхніх кількох сантиметрах. Степові грунти містять високе значення ОР по всьому профілю ґрунту. Ці грунту досить продуктивні, оскільки вони мають більш високий відсоток ОР (особливо активно вуглецю), можуть утримувати більше поживних речовин, містять більше мікробів і мають кращу структуру ґрунту за рахунок зростання грибкового населення.

Співвідношення вуглецю до азоту

Руйнування органічних залишків мікробами також залежить від співвідношення вуглецю до азоту (C: N). Розглянемо два приклади, молода люцерна і овес / пшениця.

Молода люцерна

Молода люцерна містить багато сирого протеїну, амінокислот і цукрів в стеблі, які легко засвоюються мікробами. Також молода люцерна містить багато білкового азоту (амінокислоти і білки з високим вмістом азоту і сірки), тому вона має низьке відношення вуглецю до азоту (менше вуглецю, більше азоту).

Овес (пшениця)

Овес / пшениця містять багато лігніну (який стійкий до мікробного розкладання), трохи сирого протеїну і ще менше цукрів в стеблі, відповідно, вище відношення вуглецю до азоту (більше вуглецю, менше азоту). Солома розкладається мікробами, але це вимагає додаткового часу та азоту, щоб зруйнувати цей джерело вуглецю.

Низький вміст азоту і високе відношення вуглецю до азоту пов’язано з повільним розпадом ОР. Молоді рослини містять більш високий вміст азоту і низьке відношення вуглецю до азоту, і швидкий розпад ОР.

Які показники потрібні для хорошого компосту

Для хорошого компосту відношення вуглецю до азоту має бути менше 20, що дозволяє органічних матеріалів швидко розкладатися (від 4 до 8 тижнів). Ставлення вуглецю до азоту більше ніж 20 вимагає додаткового азоту і уповільнює розкладання. Так що, якщо ми додаємо в грунт матеріал з високим вмістом вуглецю і з низьким вмістом азоту, мікроби будуть пов’язувати грунтовий азот. Саме тому так важливо відношення вуглецю до азоту менше 20.

Для більшості грунтів це співвідношення становить 10: 1, що вказує на доступний для рослин азот. Співвідношення вуглецю до азоту для більшості рослинних залишків має тенденцію до зниження з плином часу (<10). Це відбувається в результаті втрати вуглецю у вигляді діоксиду вуглецю (СО2). Таким чином, відсоток азоту в залишковому ОР зростає в міру просування розкладання.

Вплив бактерій

Бактерії – це перші мікроби, які можуть переробити нові органічні рослинні і тваринні залишки в грунті. Бактерії мають високий вміст азоту в їх клітинах (від 3 до 10 атомів вуглецю на 1 атом азоту). При сприятливих умовах (температура, волога і джерела їжі) вони можуть розмножуватися дуже швидко. Бактерії менш ефективні при перетворенні органічного вуглецю в нових клітинах. Аеробні бактерії засвоюють приблизно 5-10 відсотків вуглецю, а анаеробні бактерії можуть засвоїти лише 2-5 відсотків.

Гриби

Гриби, як правило, звільняють менше двоокису вуглецю в атмосферу і тому є більш ефективними при перетворенні вуглецю з утворенням нових клітин. Гриби зазвичай отримують більше енергії від ОВ (40-55 відсотків від загального вуглецю). Більшість грибів можуть споживати органічні речовини у вигляді целюлози і лігніну, які повільніше і важче розкласти. Зміст лігніну в більшості рослинних залишків може мати більше значення в прогнозуванні швидкості розкладання.

Гриби мають велику площу поверхні і допомагають в транспортуванні мінеральних поживних речовин і води в рослини. Життєвий цикл грибів є більш складним і довгим ніж у бактерій. Гриби не так витривалі, як бактерії, і вимагають більш постійного джерела їжі. Популяції грибів мають тенденцію до зниження з застосуванням традиційної обробки. Гриби мають більш високе відношення вуглецю до азоту, ніж бактерії (10 атомів вуглецю на 1 атом азоту). Вони більш ефективні при перетворенні вуглецю в органічну речовину ґрунту.

Найпростіші

Найпростіші можуть розмножуватися за 6-8 годин, а нематоди від 3 днів до 3 років (в середньому 30 днів). Після того, як найпростіші і нематоди споживають бактерії або інші мікроби (з високим вмістом азоту), вони вивільняють зайвий азот у вигляді катіона амонію. Рослини поглинають амоній, і грунтові нітрати в їжу за допомогою грибний мікорізного мережі.

Популяції мікроорганізмів можуть так швидко змінюватися в грунті, як швидко продукти ОР додаються, споживаються і переробляються даними мікроорганізмами. Кількість, тип і доступність органічної речовини будуть визначати популяцію мікробів і її розвиток. Кожен індивідуальний організм (бактерії, гриби, найпростіші) має свої певні ферменти і хімічні реакції, які допомагають цим організмам засвоювати вуглець.

Посилання на скачування