Роль почвенных простейших микроорганизмов и нематод

Простейшие микроорганизмы – это одноклеточные, которые питаются в основном бактериями, другими простейшими, растворимыми органическими веществами, а иногда и грибами. Они в несколько раз больше бактерий в диаметре (5-500 мкм). И простейшие, и нематоды являются водными микроорганизмами, то есть находятся в водных пленках почвы и в порах почвенных агрегатов, заполненных водой.

Простейшие подразделяются на три группы, в зависимости от их формы.

1. Mastigophora, или жгутиковые, являются самыми маленькими простейшими (5-20 мкм). Они используют четыре плетевидных жгутика для передвижения. Жгутиковые питаются преимущественно бактериями и являются наиболее многочисленными из простейших почвы.

2. Ciliophora, или инфузории, являются крупнейшими простейшими
(10-80 мкм) и самыми малочисленными. Они передвигаются с помощью вибрирующих волос, подобных ресничкам. Инфузории используют эти тонкие реснички, расположенные вдоль их тел, как весла, чтобы быстро продвигаться сквозь почву.

Они питаются двумя другими типами простейших, а также бактериями. В день инфузории могут потреблять пищи больше, чем десять тысяч бактерий.

3. Sarcodina, или амебы, также могут быть довольно большими. Они передвигаются с помощью временной ноги или «псевдоподия».

Амебы находятся в ризосфере и на поверхности корней, где они могут питаться популяциями бактерий. Есть два типа амеб: раковинные и голые. Раковинные амебы заключены в жесткую хитиновую оболочку (панцирь), в то время как голые амебы не имеют этой жесткой оболочки. Голые амебы могут изменять свою форму, а исследование крошечных поровых пространств делает их ценными для переработки питательных веществ в почве.

Простейшие найдены в изобилии вблизи поверхности почвы, в частности в верхних 15 см. Жизненный цикл многих простейших состоит из активной фазы (когда они питаются и размножаются) и фазы покоя. В стадии покоя многие виды простейших могут выдерживать суровые условия окружающей среды и сохраняться в течение многих лет, пока внешние условия не улучшатся.

Роль простейших

Простейшие играют важную роль в минерализации питательных веществ, которые становятся доступными для растений и других почвенных организмов. Простейшие, как и нематоды, в своем составе имеют более низкое отношение углерода к азоту, чем бактерии, которыми они питаются.

Бактерии, съеденные простейшими, содержат намного больше азота, чем необходимо простейшим, поэтому они выпускают его избыток в почву в виде катионов аммония. Обычно это происходит вблизи корневой системы растений.

Бактерии и другие микроорганизмы быстро потребляют большую часть аммония, а некоторая часть используется растениями.

Также простейшие участвуют в регулировании бактерий и популяции водорослей. Так, один из представителей простейших (Paramecium) может потреб­лять более 5 миллионов бактерий в один день.

Эти простейшие помогают поддерживать экологический баланс в почве. Простейшие являются важным источником пищи для других почвенных организмов, они помогают подавлять болезни, конкурируя с патогенами, питаясь ими. Также они могут влиять на популяции бактерий в ризосфере.

Простейшим нужны бактерии и водоросли для питания и вода для перемещения, так как именно влага играет важную роль в определении того, какие типы простейших будут активны. Как и бактерии, простейшие особенно активны в ризо­сфере рядом с корнями.

Количество простейших в почве широко варьируется: от тысячи до миллиона в некоторых весьма плодородных почвах. Mastigophora (жгутиковые), как правило, доминируют в более сухих почвах, а Ciliophora (инфузории) находятся в изобилии при высокой влажности почвы.

В почвах с преобладанием бактерий (подобно окультуренным почвам) господствуют жгутиковые и амебы. В почвах с высоким содержанием глины также содержится больше жгутиковых и голых амеб, а в почвах с более крупной песчаной фракцией и в No-till преобладают крупные жгутиковые, раковинные амебы и инфузории.

Простейшие и нематоды конкурируют между собой за их общий пищевой ресурс – бактерии.

Некоторые почвы имеют либо больше нематод, либо простейших, но никогда тех и других одновременно.

Нематоды

Нематоды, или круглые черви, – это несегментные черви с коническими концами. Их размеры: диаметр – около 50 мкм, длина – 1 мм. Они имеют головку и хвост, у них хорошо развита ЦНС, система размножения и пищеварительная система, поэтому они считаются наиболее примитивной формой животных.

Чаще всего они ответственны за инфекционные заболевания у растений и животных, но также играют важную роль в почве и экологии сельскохозяйственных культур.

Нематоды – водные организмы, и по­этому им необходима влага для перемещения.

Несколько видов нематод ответственны за болезни растений, но гораздо меньше известно о нематодах, которые играют полезную роль.

Многие полезные нематоды служат агентами биологической борьбы с вредителями, другие регулируют природные экосистемы и рециркуляцию питательных веществ в почве.

Некоторые нематоды питаются растениями и водорослями (первый трофический уровень); другие – бактериями и грибами (второй трофический уровень); а некоторые из них питаются другими нематодами (более высокий трофический уровень). Нематоды наиболее распространены в верхнем слое почвы.

Роль нематод

Нематоды либо прокалывают и высасывают содержимое клетки, либо глотают клетки целиком. Нематоды можно разделить на пять основных групп, в зависимости от их рациона:

1) нематоды, питающиеся бактериями через стомы (большие открытые каналы);

2) нематоды, питающиеся грибами путем прокалывания клеточной стенки грибов, чтобы высосать их внутреннее содержимое;

3) хищные нематоды, которые едят другие виды нематод и простейших. Они едят меньшие микроорганизмы полностью или прикрепляются к другим крупным нематодам;

4) всеядные нематоды – нематоды, которые едят разнообразные организмы, включая бактерии, грибы, простейших, другие виды нематод, и могут иметь различные виды питания на разных этапах своей жизни;

5) нематоды, питающиеся корнями растений; живут внутри или за пределами корней растений, в зависимости от корня растения как источника пищи.

Как и простейшие, нематоды играют важную роль в минерализации питательных веществ в доступную для растений форму. Когда нематоды едят бактерии или грибы, освобождается катион аммония, потому что бактерии и грибы содержат гораздо больше азота, чем необходимо нематодам (как в случае и с простейшими).

Нематоды могут контролировать баланс между бактериями и грибами и видовой состав микробного сообщества.

Нематоды вместе с корнями растений помогают распределять бактерии и грибы в почве.

Некоторые из них вызывают заболевания, в то время как другие нематоды потребляют болезнетворные организмы (другие нематоды, питающиеся корнями) или предотвращают их доступ к корням.

Нематоды концентрируются группами вблизи своих жертв:

1)нематоды, питающиеся бактериями, находятся около корней растений, где скапливаются бактерии;

2)нематоды, питающиеся грибами, находятся рядом с грибной биомассой. Те из них, которые питаются корнями, концентрируются вокруг корней восприимчивых растений;

3) хищные нематоды, скорее всего, должны быть в изобилии в почвах с высоким числом других нематод.

Нематоды двигаются в водных пленках в больших порах (>50 мкм) и в необрабатываемых почвах с мезопорами (30-100 мкм).

Нематоды относятся к мезофауне, потому что их размер (0,1-2 мм) больше, чем микрофауна (<0,1 мм). Нематоды и простейшие являются пищей для хищников высших уровней, в том числе хищных нематод и почвенных насекомых. Кроме того, они паразитируют на бактериях и грибах.

Количество нематод, потребляющих бактерии и грибы, напрямую связано с количеством бактерий и грибов в почве.

Менее разрушенные почвы содержат большее количество хищных нематод; предполагается, что хищные нематоды очень чувствительны к широкому спектру изменений среды.

В дополнение к их разнообразию, нематоды могут быть полезными, потому что их показатели популяции относительно стабильны в ответ на изменения в температуре и влажности (в отличие от бактерий). Изменения в популяциях нематод отражают изменения микросреды почвы. Таким образом, нематоды являются полезным индикатором качества и здоровья почвы.

Управление паразитическими нематодами

Паразитические нематоды являются вредными для растений.

Самая высокая концентрация нематод была обнаружена при обычных системах обработки почвы, более низкие концентрации – при применении комплексных удобрений и самые низкие – в переходных органических системах. Отношение непаразитических нематод к паразитическим может быть признаком здоровья почвы органических систем, являющихся более здоровыми.

Большинство хозяйств пытается получить максимально возможную урожайность, используя различные методы. Это часто ограничивает биологическое разнообразие и обширные запасы продовольствия для паразитических нематод и некоторых хищников, ограничивая их популяцию.

Экологические управляемые системы земледелия предназначены для укрепления биологического разнообразия, когда наблюдается баланс как добычи, так и хищников. В таких системах проблемы с нематодами наблюдаются редко.

Управление нематодами включает как мониторинг самих нематод, так и использование дополнительной информации: структура почвы, уровень питательных веществ в ней и другие факторы для ограничения паразитирующих нематод и повышения полезных.

Есть три основные стратегии борьбы с паразитирующими нематодами: исключение, ограничение/устранение или контроль.

Исключение является лучшим способом для предотвращения проблем с нематодами, потому что проблему легче предотвратить, а не пытаться исправить уже существующую.

Ограни­чение/устранение используется, когда нематоды только появились. Важно предотвратить их распространение. Это может быть достигнуто частично путем сокращения плотности поселения вредных нематод.

Контроль нематод (тактика контроля и уничтожения нематод) включает: структуру почвы, содержание почвенной влаги, содержание гумуса в почве, применение органических удобрений, внесение естественных врагов и использование синтетических химических препаратов