Микроорганизмдердің топырақ құнарлығына әсері

Микроорганизмдер негізінен топырақтың беткі қабатында таралған. Ал топырақтың тереңірек қабатына ауысқан сайын қарашірікте азаяды, сонымен бірге бактериялар саны да кемиді. Терең қабаттарда көбінесе спора түзуші бацилдар және актиномицеттер кездеседі. Мұндай құбылысты біз қара және сұр топырақтардан көбірек байқаймыз.

Топырақта минералдану процесі баяулаған сайын (көбінесе бұл солтүстік топырақтарында байқалады) органикалық заттарды негізгі ыдыратушылар Pseudomonas fluorescens болып есептеледі. Ал оңтүстік топырақтарында көбірек кездесетіндері Azotobacter туысының өкілдері. Орта аймақтың орманды топырақтарында Enterobacter туысының өкілдері едәуір мөлшерде таралған, Spirillum туысына жататындар оңтүстік аймақ топырақтарында мол болады.

Сөйтіп, әр түрлі топырақ аймағында өзіндік ерекше қасиеттері бар бактериялар бірдей мөлшерде бола бермейді екен.

Микроскоптық саңырауқұлақтар қышқылды реакциясы бар солтүстік топырақтарында көптеп кездеседі. Дегенмен топырақтың беткі жағында органикалық заттар көбірек ыдырағанда микробтардың басым көпшілігі бактериялардан тұрады. Тундра топырағының бір грамында саңырауқұлақтар мицелийінің 4 миллиграмы табылған, қылқан жапырақты орман топырақтарында 1 мг, ал оңтүстік аймақтың топырағында 0,4-0,7 мг. Оңтүстік топырақтарында Aspergillus солтүстік топырақтарында Penicillum молырақ. Ал солтүстік топырақтары Fusarium туысына жататындарға, оңтүстік топырақтарына қарағанда кедейлеу. Қазіргі кезде табылған саңырауқұлақтарға қарап топырақтың титерін анықтауға мүмкіндік береді.

Ашытқыш микробтар (дрожжылар) тундра топырағында кездесетін қына мен шымтезектерде көп табылған. Ал орманды жерлер топырағында дрожжылар ағаш асты төсеніштерінде көп кездеседі. Топырақтың минералданған қабаттары дрожжыларға бай келеді.

Шөл және шөлейт жерлер топырағында және онда өсетін өсімдіктер бойында дрожжылар едәуір дәрежеде болады.

Стрептомицеттер (актиномицеттер) солтүстік топырақтарында аз болса, ал оңтүстік топырақтарында олардың саны тез өседі. Солтүстік топырақтарында органикалық заттар баяу ыдырайды, микробтардың да белсенділігі нашар болады. Жалпы актиномицеттер барлық аймақтар топырақтарында кездесе береді, ал оңтүстік топырақтары олардың түрлеріне бай келеді.

Целлюлоза ыдыратушы микроорганизмдер. Топырақ түзілу процесін микроорганизмдер көмегімен клетчатканың ыдырауының зор маңызының барлығымен түсіндіруге болады. Өсімдік қалдықтарының көпшілігі осы клетчаткадан тұрады. Солтүстік топырақтарында клетчатканы Dematium және Penicillum туысына жататын өкілдері ыдыратады. Ал тайга топырағында клетчатка ыдыратушы – Cellvibrio туысына жататын микробтар. Оңтүстік топырақтарында клетчатканы ыдырататын көбінесе бактериялар. Клетчатка ыдыратушылардың белсенділігі ортадағы азот қоректік затына байланысты. Мәселен солтүстік топырақтары азотқа кедей, онда негізінен саңырауқұлақтар тіршілік етеді. Ал оңтүстік топырақтарында клетчатканы жедел ыдыратушылар азот қоректік затын көп мөлшерде қажет етеді.

Топырақ гумусты ыдыратушы микроорганизмдер қауымда кездеседі. Оы С.Н.Виноградский топырақтың автохтонды микрофлорасы деп атаған (автохтонды деген жергілікті жердің микробы деген түсінік береді). Бұл топқа кіретін сапрофит микроорганизмдердің күрделі заттарды ыдырата алатын күшті ферментті аппараттары болады. Бұл топтың ішінде ең белсендісінің бірі Nocardia туысына жатады.

Топырақтағы микробтар қауымының едәуірі олиготрофты микроорганизмдер. Бұлар органикалық және минералдық ортада болсын мөлшерден көп болса, жақсы өніп өсе алмайды. Бұлардың ішінде кедей ортада өсетін сапрофиттері де бар. Бұлар солтүстік топырақтарында оңтүстіккіне қарағанда аз. Ол салқын жерде органикалық затардың минералдануымен байланысты болса керек. Оңтүстікте органикалық заттар шапшаң ыдырайды, ондай жерде олиготрофтарда жақсы өніп өседі.

Топырақта кездесетін хемоавтотрофты микроорганизмдердің түрі көп. Олар органикалық емес қосылыстарды тотықтырады. Олардың біршама жақсы зерттелгені нитрлендіруші бактериялар. Солтүстіктен оңтүстікке жылжыған сайын нитрлендіруші бактериялардың белсенділігі арта түседі. Мұның өзі жылы жерде органикалық қалдықтардың ыдырауы күшейіп, олардан энергетикалық және қоректік зат ретінде қолданылатын аммиактың едәуір бөлінуімен түсіндіріледі.

Әр түрлі топрырақтарда микроорганизмдерден басқа жасыл бір клеткалы балдырларда кездеседі. Солардың ішінде цианобактериялар қылқан жапырақты ормандардан көптеп табылған. Шалғынды, жайылымды жерлерде шөп астында балдырлар қаулап өсе алмайды. Ал цианобактерияларға бұл қолайлы орта болып табылады.

Оңтүстіктің құрғақ және жартылай құрғақ шөлейт топырақтарында шөптер сирек кездеседі, алайда бұл балдырлар тіршілігіне бөгет бола алмайды. Сарғылт топырақтардың бетінде балдырлар жарғақша түзе өседі. Бұлардың басым көпшілігі цианобактерияларға тән.

1.2 Микробиологиялық процестердің топыраққа әсері

Топырақтың түріне қарай оның механикалық құрамы да өзгеріп отырады, олардың ұсақ бөлшектерінің шамасы миллиметрдің бөлігіндей және одан ірілеу болады. Осындай бөлшектердің арасында ауа, су болумен қатар микроорганизмдер де тіршілік етеді. Олардың көпшілігі топырақ бөлшектерінің ішінде, қалғандары топыраіқ ерітіндісінде кездеседі. Я. П. Худяковтың зерттеуіне карағанда, бактерияларды топырақ бөлшектері адсорбциялайтыны анықталған. Қара топырақтың бір грамдайы 7 миллиард бактерияны өз бойында ұстап тұра алады. Ерітіндіде жүрген бактериялардың 99%-тейін топырақ адсорбциялай алады. Әдетте топырақ ерітіндісіндегі бактериялардың мөлшері оның бөлшектерінде тіршілік ететіндерінен әлдекайда аз. В. Р. Вильямстің керсетуіне қарағанда, топырақтың ірі бөліктерінің сыртында аэробты бактериялар, ал ішінде анаэробты түрлері тіршілік етеді. Осы заңдылық топырақтың қабаттарында да байқалады. Мәселен, топырақтың терең қабаттарында спора түзуші анаэробты микроорганизмдер кездеседі де беткі қабатында да аэробты микробтар көп болады.

Топырақтың механикалық құрамы оның қабаттарындағы ауа мөлшеріне түрліше әсер етеді. Оның нәтижесінде механикалық құрамы әр түрлі болатын топырақтарда микробиологиялық процестер де түрліше жүреді. Ауа жеткілікті болса органикалық қалдықтардың ыдырауын тездетеді, ал онда ауа жеткіліксіз болса бұл процесс тежеледі. Сол сияқты топырақты өңдеу кезінде оған ауаның енуіне мүмкіндік туып органикалык заттар тез минералданады. Сөйтіп, аэробты микроорганизмдердің (саңырауқұлақтар, актиномицеттер және бактериялардың біраз топтары, балдырлар мен карапайым организмдер) тіршілігі тек ауалы жерде жақсы жүреді. Топырақтың терең қабаттарында анаэробты және факультативті микроорганизмдер (негізінен бактериялар) басым болады. Бірақ бұл қабаттарда аз да болса оттегінің кездесетіні анықталған. Сондықтан оттегі бар жерде анаэробты микроорганизмдер тіршілік ете алмайды деп кесіп айтуға болмайды. Топырақ ылғалдығының және температурасының микробиологиялық процестерге әсері. Микроорганизмдер негізінен ылғалды жерде жақсы тіршілік етеді. Сондықтан қажетті мөлшерде ылғалдың болуы микробиологиялық процестің тез жүруіне күшті әсер етеді. Әр түрлі микроорганизмдер үшін қажетті ылғалдың мөлшері де түрліше болады.

Кейбір микроорганизмдер ылғал шамадан тыс аз болса да тіршілігін тоқтатпайды. Оларға микроскоптық саңырауқұлақтар мен актиномицеттер жатады. Ылғалдың азаюы әсіресе бактериялардың тіршілігін киындатады, олар тіршілік барысында топырақ құрамына байланысқан сулармен қоректенуге бейімделген. Осындай ерекшелік көптеген балдырларда да бар. Олар көбінесе тіршілікке қолайсыз, ылғалсыз жерлерде, тастарда тіршілік етеді. Жалпы топырақтағы ылғал сыйымдылығының шамамен 60—70%-дей мөлшерінде микробиологиялық процестердің жылдамдығы артып, органикалық заттардың минералдануы күшейе түседі. Ылғал шамадан тыс көп болса да микроорганизмдердің тіршілігін нашарлатады. Бұл — топырақтағы ауа режимінің дұрыс сақталмауынан болатын процесс. Өйткені ауа мен су топырақта өзара қарама-қарсы әсер ететін факторлар. Мәселен, органикалық заттардың минералдануы көбінесе аэробты жағдайда жүреді, егер осы кезде ылғал шамадан тыс көбейіп кетсе процесс тежеледі. Оны болдырмау үшін топырақты дренаждау, яғни артық ылғалды әр түрлі тәсілдермен ағызып, құрғату шаралары қолданылады. Дренаждалған және дренаждалмаған топырақтардағы микробиологиялық процестердің бірдей болмайтынын Мырзашөлде жүргізілген тәжірибелер айқын дәлелдеді. Дренаждалған топырақтарда су-ауа режимдерінің жақсаруынан микробиологиялық процестің де тездетілгенін байқау қиын емес. Әдетте саз топырақта микроорганизмдер баяу дамиды. Органикалық қалдықтардың ыдырауы оның беткі 40 см қабатында ғана жүреді. Одан тереңдеген сайын бұл процесс баяулайды, кейде тоқтап та қалады. Ал актиномицеттер саз шымтезекті топырақтардың тек беткі қабатында ғана тіршілік етеді. Мұнда бірлі-жарым микроскоптық саңырауқұлақтар да кездеседі.

Практикада топырақты суландырғанда органикалық заттардың минералдануы күшейеді. Мұны Қырғыз республикасында жүргізген Е. Н. Мишустиннің тәжірибесінен көруге болады.

Ылғалдың шамадан тыс көп болуы, мәселен, күріш өсімдігі үшін қолайлы. Бұған қарамастан күріш тамырынын, айналасында да біраз мөлшерде микробтар кездеседі. Мұның басты себебі, күріш өсімдігіне алғы дақыл ретінде беде өсірілетін болса, топырақта көп мөлшерде органикалық заттар қалады. Ол—микроорганизмдер үшін өте жақсы қоректік орта. Күріш өскен топырақта көбінесе анаэробты жағдайда клетчатканы ыдырататын микроорганизмдер тіршілік етеді.

Күн сәулесі топырақты жылытады. Соның әсерінен топырақтағы тіршілік қарқындай түседі. Бірақ тіке түсетін күн сәулесі микроорганизмдердің басым көпшілігін қырып жібереді. Қүн сәулесі мол жерде фотосинтез арқылы тіршілік ететін бояулары бар бактериялар мен түрлі балдырлар жақсы дами алады. Күн сәулесінің, әсіресе ультракүлгін бөлігі микроорганизмдерді жойып жібереді. Әдетте күн сәулесі топырақтың беткі қабатында орналасқан микроорганизмдерге тікелей әсер етеді де төменгі терең қабаттарындағыларға әсер ете алмайды. Көбінесе топырақта мезофиль микроорганизмдер таралған. Ал психрофиль және термофиль бактериялардың таралуы географиялық факторларға (еліміздің экваторлық аймақтарында) байланысты. Мәселен, Е. Н. Мишустиннің зерттеуіне қарағанда, топырақ микробы бациллус микойдестің тіршілік етуіне қолайлы температура күлгін топырақта +80° болса, ал Орта Азияда + 38°-та тіршілік етуге бейімделген. Жалпы термофиль микроорганизмдер топырақта кездеспейді. Олар негізінен көңмен бірге келіп түседі. Термофилъ микроорганизмдер еліміздің оңтүстік аудандарының топырақтарында да өте аз кездеседі. Сондықтан олар топырақтағы процестерге айтарлықтай әсер ете қоймайды.

Жалпы жылудың әсерінен микробиологиялық процестердің өзгеруін солтүстіктен оңтүстікке қарай анық байқауға болады.Органикалық заттардың минералдануы елімізде солтүстік жағының топырақтарына қарағанда, оңтүстікте әлдеқайда қарқынды жүреді. Бүл — температураның әсерінен болатын процесс. Солтүстік топырақтарының жылу режимін жақсартса, топырақтағы органикалық заттардың ыдырауы да тез жүреді. Мұның үлкен практикалық маңызы бар. Әдетте төменгі температурада микроорганизмдер толық қырылмайды. Олар тек топырақ түйіршіктеріндегі су қатқанда ғана тіршілігін жояды. Топырақ қышқылдығының микроорганизмдерге әсері. Әр түрлі топырақтың қышқылдығы түрліше болады. Қышқылдык реакциясына қарай топырақ бірнеше топқа бөлінеді.

Топырақ ерітіндісіндегі қышқылдық шамасы (1-кесте)

Күлгін топырақта рН 3,5—5,0-ге тең, қара топырақтарда 6,5—7,2 дейін жетеді. Сұр топырақта рН 7,5-ке тең. Топырақ қышқылдығының мөлшері жыл мерзіміне, өсімдіктердің түріне және вегетациялык дәуіріне байланысты өзгеріп отырады. Микроорганизмдер тіршілігі үшін қышқылдық (рН) шамасы белгілі бір дәрежеде болуы керек. Мәселен, қышқылдық күлгін топырақта алюминийдің, оның қосылыстарынан бөлініп шығуына колайлы жағдай жасайды. Бірақ қышқылдық бактериялардың көпшілігін қырып жібереді. Жалпы микроорганизмдерге қышқылдықтың тигізетін әсерін төмендегі деректерден көруге болады.

 Орта қышқылдығына (рН) микроорганизмдердің қатысы (2-кесте)

Қышқылдық қажетті шамадан азайғанда (минимальды рН) немесе артқанда (максимальды рН) микроорганизмдер қалыпты тіршілік ете алмайды.

Жоғарыда көрсетілген микроорганизмдердің ішінде орта қыш-қылдығына ең төзімдісі — зең саңыраукұлақтары мен күкірт бактериялары. Олар рН 1,5-қа тең болса да тіршілік ете алады. Ал басқа микроорганизмдер мұндай ортада тіршілік ете алмай қырылып қалады.