Задать вопрос юристу

Участие почвенных микроорганизмов в разрушениии новообразовании минералов

  Рассмотренные выше превращения серы, фосфора, железа, алюминия, калия, 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, влагоемкостъ.
Таким образом, в совокупности процессы деструкции минералов и их образования формируют тот комплекс свойств, который во многом определяет качество почвы.
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 переплетаются между собой.
Процессы извлечения зольных веществ из почвообразующих пород имеют значение не только на первых стадиях формирования почв, когда это является единственным источником элементов питания, но и в тех условиях развитых почв, где имеет место активный вынос питательных веществ из почвы. Новые питательные вещества поступают как из минералов почвенного профиля, так и из материнской породы, откуда они извлекаются корнями растений, а также с помощью микроорганизмов.
Микроорганизмам почвы принадлежит важнейшая роль в деструкции минералов почвообразующих пород. Микробы воздействуют на минералы кислотами, щелочами, хелатами, образуют кремнийорганические соединения, вероятно, существуют другие еще не раскрытые механизмы. Необходимо отметить только, что в образовании минералов, например кремневой коробочки у диатомовых водорослей, очевидно, действуют сложные генетически запрограммированные механизмы укладки Si02 в определенном порядке, чтобы коробочка имела определенную форму и характерный для данного вида рисунок. Сказанное относится к построению раковин из СаС03.
В процессах разрушения минералов участвуют лишайники, водоросли, корни растений, грибы, бактерии и актиномицеты. Особое значение имеют микроорганизмы-кислотообразователи, например нитрификаторы, тионовые бактерии, микромицеты. Под корочками литофильных лишайников всегда можно обнаружить слой разрушенной горной породы.
О биохимических механизмах деструкции минералов было сказано в разделе о превращении калия. В результате воздействия на минералы кислот, слизей и щелочей происходит либо полное разрушение 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, необязательно извлекаются 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 щелочно-земельных 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 комплекса микроорганизмов и, следовательно, биохимическими механизмами их воздействия на минерал.
В природе наиболее интенсивная деструкция минералов протекает в подзолистых почвах (сиаллитный тип выветривания) и там, где идет процесс латеритизации (аллитный тип выветривания). В первом случае идет накопление Si02, во втором — полуторных окислов R203. 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 R203, 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 минерал ообразо- вании. О возможности биогенного образования минералов гидроокиси алюминия (бокситов) с участием микроорганизмов говорилось выше. Другой возможный путь— непосредственное извлечение гидроокиси алюминия из алюмосиликатов.
Микроорганизмы в почвах не только образуют глиноземы, но и участвуют в отложениях других минералов — сульфидных, карбонатных, фосфатных, железистых, силикатных. Некоторые минералы возникают как новообразования, другие — в результате преобразования исходных минералов. Минералогический состав почв формируется под влиянием тех и других процессов, хотя экспериментальных доказательств пока очень мало.
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 цианобактериальных матах и в некоторых других бактериальных сообществах.
Кремний в почвах составляет около 35% массы всех химических элементов, а содержащие его минералы — кварц и силикаты — 97% всей массы земной коры. В почве кремний часто находится в виде кремнезема, кислородного соединения (Si02)„. Роль биологического фактора в круговороте кремния неоспорима. Он активно поглощается растениями, диатомовыми водорослями, микроорганизмами при разрушении ими минералов.
Экспериментально доказано, что в присутствии как автотрофных (Thiobacillus thioparus), так и гетеротрофных (Bacillus muci- laginosus) бактерий и продуктов их метаболизма не только возрастает скорость извлечения кремния из кварца, но и расширяется диапазон pH от 6,4 до 8,5, при котором активно протекает процесс разрушения силоксанной связи Si—О—Si — основной химической связи силикатов. Разрыв силоксанной связи кварца бактериями — процесс косвенный и зависит от накопления метаболитов в специфических условиях среды, а также образования кремний- органических соединений.
Основная масса биогенного кремнезема поступает в почву с растительными остатками в виде поликремниевых кислот. Далее, в зависимости от 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. Миграция биогенного кремнезема в кислых растворах идет очень медленно. 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 микробных метаболитов.
Процессы минералообразования при разложении сульфидов детально исследованы на примере тионовых бактерий Thiobacillus ferrooxidans и ряда других. В кислой среде они окисляют первичные

сульфиды, из которых образуются новые вторичные минералы, например из сульфида свинца (галенита) образуется англезит. Основной сурьмяный минерал антимонит Sb2S3 под действием Thiobacillusferrooxidans превращается в сенармонтит, который далее в кислой среде может окисляться в Sb205 с участием Stibiobacter senarmontii (хемолитоавтотроф).
Сведения по разрушению и образованию минералов в почве строятся в основном на распределении их по почвенному профилю исходя из того, что материнская порода, на которой образовалась почва, была в минералогическом отношении однородной. Однако, она могла быть и неоднородной и тогда все рассуждения подобного рода теряют смысл. Необходимы прямые эксперименты по разрушению минералов, но таких опытов очень мало и результаты довольно противоречивы. С микробиологической точки зрения хорошо изучены только минералы, содержащие серу, железо, отчасти фосфор и марганец и образование карбонатов.
<< | >>
Источник: А.Г. Звягинцев, И.П. Бабьева, Г.М. Зенова. БИОЛОГИЯ ПОЧВ. 2005

Еще по теме Участие почвенных микроорганизмов в разрушениии новообразовании минералов:

  1. УЧАСТИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВВ РАЗРУШЕНИИ И НОВООБРАЗОВАНИИ МИНЕРАЛОВ
  2. Глава вторая УЧАСТИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВВ ПРЕВРАЩЕНИИ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИВ БИОСФЕРЕ
  3. Концепция ненасыщенностикомплекса почвенных микроорганизмов
  4. Глава 2 УЧАСТИЕ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВВ ЦИКЛАХ ОСНОВНЫХ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВВ БИОСФЕРЕ И ПОЧВООБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ
  5. 2. Биосинтез аминокислот почвенными микроорганизмами.
  6. Мишустин Е. Н. Ассоциации почвенных микроорганизмов, 1975
  7. ОСНОВНЫЕ ПРИЕМЫ АНАЛИЗА ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ
  8. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙИ ИНДИКАТОРНЫХ СВОЙСТВ ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ
  9. Новообразования глазницы (Титогев геСгоЬиШапя).
  10. Франция Почвенная реферативная база Франции,цит. по переводу «Почвенный справочник», 2000.(Referentiel pedologique, AFES, 1998)
  11. Участие в международной жизни.
  12. ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ С УЧАСТИЕМ ВИРУСОВ
  13. ОБЩИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯО ФАКТОРАХ И ПРОЦЕССАХПОЧВООБРАЗОВАНИЯС УЧАСТИЕМ ЧЕЛОВЕКА
  14. ФОТОПРОЦЕССЫ В ВОДНЫХ СРЕДАХ С УЧАСТИЕМ ГУМИНОВЫХ ВЕЩЕСТВ[5]И. В. Соколова, О. Н. Чайковская, Л. В. Нечаев