Почвы содержат огромное количество и разнообразие микроорганизмов. Микробиота обусловливает протекание в почве ряда наиболее важных процессов, они являются необходимым звеном в круговороте всех биогенных элементов и участвуют в почвообразовании и поддержании почвенного плодородия. Биология почв – комплексная наука, родившаяся на стыке разных разделов биологии и почвоведения. Она изучает процессы и явления, которые составляют область исследований генетического почвоведения (происхождение и развитие почв, образование гумуса, формирование почвенного профиля и др.), физики и химии почв (роль микроорганизмов в образовании водопрочных агрегатов почв, в разрушении структуры, в превращении элементов и их аккумуляции), географии почв (разработка принципов и методов биологической диагностики и классификации почв), агрохимии и земледелия (почвенное плодородие и питание растений).
В основу единой классификации ферментов положена специфичность к типу реакции, и в настоящее время ферменты подразделяют на 6 классов. В почвах наиболее изучены оксидоредуктазы (катализируют процессы биологического окисления) и гидролазы (катализируют расщепление с присоединением воды). Из оксидоредуктаз в почве наиболее распространены каталаза, дегидрогеназа, фенолоксидаза и др.
При проведении биомониторинга и биодиагностики почв ведущими являются показатели биологической активности. Под биологической активностью следует понимать напряженность (интенсивность) всех биологических процессов в почве. Ее необходимо отличать от биогенности почвы – заселенности почвы различными организмами. Биологическая активность и биогенность почвы часто не совпадают друг с другом.
Биологическая активность почвы обусловлена суммарным содержанием в почве определенного запаса ферментов, как выделенных в процессе жизнедеятельности растений и микроорганизмов, так и аккумулированных почвой после разрушения отмерших клеток. Биологическая активность почв характеризует размеры и направление процессов превращения веществ и энергии в экосистемах суши, интенсивность переработки органических веществ и разрушения минералов.В качестве показателей биологической активности почв используются: численность и биомасса разных групп почвенной биоты, их продуктивность, ферментативная активность почв, активность основных процессов, связанных с круговоротом элементов, некоторые энергетические данные, количество и скорость накопления продуктов жизнедеятельности почвенных организмов.
Показатели биологической активности определяют, используя различные методы: микробиологические, биохимические, физиологические и химические.Биологическая активность почв подразделяется на актуальную и потенциальную. Потенциальная биологическая активность измеряется в искусственных условиях, оптимальных для протекания конкретного биологического процесса. Актуальная (действительная, естественная, полевая) биологическая активность характеризует реальную активность почвы в естественных (полевых) условиях. Измерить ее можно только непосредственно в поле.
Методы определения потенциальной биологической активности почв могут служить хорошими диагностическими показателями потенциального плодородия почв, степени удобренности, окультуренности, эродированности, а также загрязненности какими-либо химическими веществами. Однако при характеристике интенсивности биологических процессов, протекающих в естественных условиях, следует пользоваться методами для определения актуальной биологической активности, так как в реальной обстановке лимитирующие факторы (pH среды, температура, влажность и т. д.) могут резко ограничивать интенсивность процесса, который, несмотря на большие потенциальные возможности, может идти очень медленно.
Важной особенностью показателей биологической активности почв является их значительное пространственное и временное варьирование, что требует при их определении большого числа повторных наблюдений и тщательной вариационно-статистической обработки.
С биологической активностью почвы тесно взаимосвязаны ее физические и химические свойства, такие как гумусовое состояние, структура, щелочно-кислотные условия, окислительно-восстановительный потенциал и др. Следует отметить, что физические и химические свойства характеризуют относительно консервативные накопившиеся признаки и свойства почв, биология почв располагает показателями динамических свойств, являющихся индикаторами современного режима жизни почв.
Из многочисленных показателей биологической активности почвы большое значение имеют почвенные ферменты. Их разнообразие и богатство делают возможным осуществление последовательных биохимических превращений поступающих в почву органических остатков.
В основу единой классификации ферментов положена специфичность к типу реакции, и в настоящее время ферменты подразделяют на 6 классов. В почвах наиболее изучены оксидоредуктазы (катализируют процессы биологического окисления) и гидролазы (катализируют расщепление с присоединением воды). Из оксидоредуктаз в почве наиболее распространены каталаза, дегидрогеназа, фенолоксидаза и др. Они участвуют в окислительно-восстановительных процессах синтеза гумусовых компонентов. Из гидролаз в почвах наиболее широко распространены инвертаза, уреаза, протеаза, фосфатаза. Эти ферменты участвуют в реакциях гидролитического распада высокомолекулярных органических соединений и тем самым играют важную роль в обогащении почвы подвижными и доступными растениям и микроорганизмам питательными веществами.
Исследованием ферментативной активности почв занималось большое количество ученых. В результате исследований доказано, что ферментативная активность – это элементарная почвенная характеристика. Ферментативная активность почвы складывается в результате совокупности процессов поступления, иммобилизации и действия ферментов в почве. Источниками почвенных ферментов служит все живое вещество почв: растения, микроорганизмы, животные, грибы, водоросли и т. д. Накапливаясь в почве, ферменты становятся неотъемлемым реактивным компонентом экосистемы. Почва является самой богатой системой по ферментному разнообразию и ферментативному пулу. Это позволяет осуществляться последовательным биохимическим превращениям различных поступающих органических остатков.
В почве накапливается определенный «пул» (запас) ферментов, качественный и количественный состав которого характерен для данного типа почв. Наиболее хорошо изучены в почве ферменты классов оксидоредуктаз и гидролаз, для них в основном и разработаны методы определения.
Гидролазы широко распространены в почвах и играют важную роль в обогащении их подвижными и доступными для растений и микроорганизмов питательными веществами, разрушая высокомолекулярные органические соединения, такие как белки, полисахариды и др. К этому классу относятся ферменты: целлюлаза, протеаза, фосфатаза и другие, активность которых является важнейшим показателем биологической активности почв и оценки антропогенного воздействия.
Контрольные вопросы:
1) Какие почвенные процессы обусловлены биологической активностью почвы?
2) Что такое биологическая активность почвы и от чего она зависит?
3) Чем отличаются актуальная и потенциальная биологическая активность?
4) Какие почвенные ферменты являются наиболее изученными?
5) Как почвенные показатели могут влиять на микробиоту почвы и ее биологическую активность?