Slēptās pasaules atklāšana: Izpratne par augsnes mikroorganismiem un to būtisko lomu

Zeme zem mūsu kājām kūsā no dzīvības. Lai gan mēs bieži koncentrējamies uz augiem un dzīvniekiem, ko varam redzēt, augsnē plaukst milzīga un sarežģīta mikroorganismu pasaule, kam ir izšķiroša loma mūsu planētas veselībā un pārtikas sistēmu ilgtspējā. Šie sīkie organismi, kopā saukti par augsnes mikroorganismiem, ir mūsu ekosistēmu neapdziedātie varoņi. Šis bloga ieraksts iedziļinās aizraujošajā augsnes mikroorganismu valstībā, pētot to daudzveidību, funkcijas un nozīmi globālā mērogā.

Kas ir augsnes mikroorganismi?

Augsnes mikroorganismi ietver daudzveidīgu organismu grupu, tai skaitā:

• Baktērijas: Visizplatītākie mikroorganismi augsnē; baktērijas veic plašu funkciju klāstu, ieskaitot sadalīšanos, barības vielu apriti un slāpekļa fiksāciju.
• Sēnes: Sēnēm ir būtiska loma sadalīšanās procesos, barības vielu uzņemšanā augos (izmantojot mikorizas asociācijas) un augsnes struktūras veidošanā.
• Arheji: Līdzīgi baktērijām, arheji ir iesaistīti barības vielu apritē un spēj izdzīvot ekstremālos apstākļos.
• Protisti: Šie vienšūnas eikarioti patērē baktērijas un citus mikroorganismus, regulējot mikrobu populācijas un atbrīvojot barības vielas.
• Nematodes: Mikroskopiski apaļtārpi, kas barojas ar baktērijām, sēnēm un augu saknēm, ietekmējot barības vielu apriti un augu veselību. Dažas nematodes ir labvēlīgas, bet citas ir augu parazīti.

Šie organismi mijiedarbojas cits ar citu un ar augu saknēm, veidojot sarežģītu dzīvības tīklu, kas pazīstams kā augsnes barības tīkls.

Augsnes mikroorganismu nozīme

Augsnes mikroorganismi ir neaizstājami daudzos procesos, kas uztur dzīvību uz Zemes:

Barības vielu aprite

Mikroorganismi ir atbildīgi par organisko vielu sadalīšanu un barības vielu atbrīvošanu augsnē, padarot tās pieejamas augu uzņemšanai. Šis process, kas pazīstams kā sadalīšanās, ir izšķirošs augsnes auglības uzturēšanai un augu augšanas atbalstam. Dažādi mikroorganismi specializējas dažādu veidu organisko vielu sadalīšanā, sākot no vienkāršiem cukuriem līdz sarežģītiem polimēriem, piemēram, lignīnam.

Piemērs: Amazones tropu lietusmežos straujie sadalīšanās tempi, ko nodrošina augsta mikrobu aktivitāte, veicina barības vielu apriti no lapu nobirām atpakaļ meža ekosistēmā. Šī straujā aprite ir būtiska, lai uzturētu krāšņo veģetāciju barības vielām nabadzīgās augsnēs.

Slāpekļa fiksācija

Slāpeklis ir būtiska barības viela augu augšanai, bet augi nevar tieši izmantot atmosfēras slāpekļa gāzi. Dažas baktērijas, piemēram, *Rhizobium*, veido simbiotiskas attiecības ar pākšaugiem (piemēram, pupām, zirņiem, lēcām) un pārvērš atmosfēras slāpekli amonjakā, formā, ko augi var izmantot. Šis process, ko sauc par slāpekļa fiksāciju, samazina nepieciešamību pēc sintētiskajiem slāpekļa mēslošanas līdzekļiem, kuriem var būt negatīva ietekme uz vidi.

Piemērs: Sojas audzēšana tādās valstīs kā Brazīlija un Argentīna lielā mērā balstās uz bioloģisko slāpekļa fiksāciju, ko veic *Bradyrhizobium japonicum* baktērijas, sniedzot būtisku ieguldījumu reģiona lauksaimniecības produktivitātē un samazinot atkarību no sintētiskajiem mēslošanas līdzekļiem.

Augsnes struktūra

Mikroorganismiem ir izšķiroša loma augsnes struktūras uzlabošanā. Sēņu hifas saista augsnes daļiņas kopā, veidojot agregātus, kas uzlabo ūdens infiltrāciju, aerāciju un drenāžu. Baktērijas ražo arī lipīgas vielas, ko sauc par polisaharīdiem, kas palīdz stabilizēt augsnes agregātus. Uzlabota augsnes struktūra samazina augsnes eroziju un veicina sakņu augšanu.

Piemērs: Ķīnas lesa plato reģionā centieni apkarot augsnes eroziju ir vērsti uz labvēlīgo augsnes mikroorganismu augšanas veicināšanu, kas uzlabo augsnes agregāciju un stabilitāti.

Slimību nomākšana

Labvēlīgie mikroorganismi var nomākt augu slimības, konkurējot ar patogēniem par resursiem, ražojot pretmikrobu savienojumus vai inducējot augos sistēmisko rezistenci. Daži mikroorganismi, piemēram, *Trichoderma* sēnes un *Bacillus* baktērijas, tiek plaši izmantoti kā biokontroles aģenti, lai aizsargātu kultūraugus no slimībām.

Piemērs: Eiropas bioloģiskās lauksaimniecības sistēmās *Trichoderma* sugas parasti izmanto, lai kontrolētu sēnīšu slimības dārzeņu kultūrās, samazinot nepieciešamību pēc sintētiskajiem fungicīdiem.

Piesārņotāju noārdīšana

Mikroorganismi var noārdīt piesārņotājus augsnē, piemēram, pesticīdus, herbicīdus un smagos metālus, procesā, ko sauc par bioremediāciju. Šis process palīdz attīrīt piesārņotas augsnes un aizsargāt ūdens resursus.

Piemērs: Ziemeļamerikas industrializētajos rajonos mikroorganismus izmanto, lai sanētu augsnes, kas piesārņotas ar naftas ogļūdeņražiem no naftas noplūdēm un rūpnieciskām darbībām.

Augu augšanas veicināšana

Daži mikroorganismi, kas pazīstami kā augu augšanu veicinošās rizobaktērijas (PGPR), uzlabo augu augšanu, ražojot hormonus, uzlabojot barības vielu uzņemšanu vai aizsargājot augus no stresa. PGPR tiek izmantotas kā biomēslojums, lai uzlabotu ražu un samazinātu nepieciešamību pēc sintētiskajiem mēslošanas līdzekļiem.

Piemērs: Indijā PGPR arvien vairāk tiek izmantotas rīsu audzēšanā, lai uzlabotu barības vielu uzņemšanu un palielinātu ražu, tādējādi veicinot pārtikas nodrošinājumu reģionā.

Faktori, kas ietekmē augsnes mikrobu kopienas

Augsnes mikrobu kopienu sastāvu un aktivitāti ietekmē dažādi faktori, tai skaitā:

• Augsnes tips: Dažādiem augsnes tipiem (piemēram, smilšaina, mālainas, smilšmāla) ir atšķirīgas fizikālās un ķīmiskās īpašības, kas ietekmē mikrobu augšanu un izdzīvošanu.
• pH: Augsnes pH ietekmē barības vielu pieejamību un enzīmu aktivitāti, ietekmējot mikrobu kopienas sastāvu.
• Mitrums: Augsnes mitrums ir būtisks mikrobu aktivitātei un izdzīvošanai. Sausuma apstākļi var ievērojami samazināt mikrobu biomasu un aktivitāti.
• Temperatūra: Augsnes temperatūra ietekmē mikrobu vielmaiņas ātrumu. Ekstremālas temperatūras var ierobežot mikrobu augšanu.
• Organiskā viela: Organiskā viela ir galvenais barības avots augsnes mikroorganismiem. Augsnēs ar augstu organisko vielu saturu parasti ir daudzveidīgākas un aktīvākas mikrobu kopienas.
• Zemes apsaimniekošanas prakse: Lauksaimniecības metodes, piemēram, augsnes apstrāde, mēslošana un pesticīdu lietošana, var būtiski ietekmēt augsnes mikrobu kopienas.

Lauksaimniecības ietekme uz augsnes mikroorganismiem

Lauksaimniecības praksei var būt gan pozitīva, gan negatīva ietekme uz augsnes mikroorganismiem. Tradicionālās lauksaimniecības metodes, piemēram, intensīva augsnes apstrāde, pārmērīga mēslošana un pesticīdu lietošana, var izjaukt augsnes mikrobu kopienas un samazināt augsnes veselību. No otras puses, ilgtspējīgas lauksaimniecības metodes, piemēram, saudzējošā augsnes apstrāde, segkultūru audzēšana un bioloģiskā lauksaimniecība, var veicināt labvēlīgo augsnes mikroorganismu attīstību un uzlabot augsnes veselību.

Tradicionālās lauksaimniecības negatīvā ietekme

• Augsnes apstrāde: Augsnes apstrāde izjauc augsnes struktūru, samazina organisko vielu saturu un var nogalināt labvēlīgos mikroorganismus.
• Mēslošana: Pārmērīga sintētisko mēslošanas līdzekļu lietošana var samazināt augsnes mikrobu kopienu daudzveidību un traucēt barības vielu aprites procesus.
• Pesticīdi: Pesticīdi var tieši nogalināt labvēlīgos mikroorganismus vai netieši tos ietekmēt, mainot augsnes barības tīklu.

Ilgtspējīgas lauksaimniecības pozitīvā ietekme

• Saudzējošā augsnes apstrāde: Samazina augsnes traucējumus, saglabājot augsnes struktūru un veicinot labvēlīgo mikroorganismu attīstību.
• Segkultūru audzēšana: Palielina organisko vielu saturu, uzlabo augsnes struktūru un nodrošina dzīvotni labvēlīgajiem mikroorganismiem.
• Augseka: Dažādo barības avotus augsnes mikroorganismiem, veicinot daudzveidīgāku un noturīgāku mikrobu kopienu.
• Bioloģiskā lauksaimniecība: Izvairās no sintētisko mēslošanas līdzekļu un pesticīdu lietošanas, veicinot veselīgāku augsnes ekosistēmu.

Piemērs: Ilgtermiņa pētījums Rotamstedā, Apvienotajā Karalistē, ir parādījis, ka bioloģiskās lauksaimniecības sistēmās ir lielāka augsnes mikrobu biomasa un daudzveidība salīdzinājumā ar tradicionālās lauksaimniecības sistēmām.

Augsnes mikroorganismu loma klimata pārmaiņu mazināšanā

Augsnes mikroorganismiem ir nozīmīga loma globālā oglekļa cikla regulēšanā. Tie sadala organiskās vielas, atbrīvojot oglekļa dioksīdu atmosfērā. Tomēr tie arī veicina oglekļa piesaisti, uzglabājot oglekli augsnes organiskajā vielā. Ilgtspējīgas zemes apsaimniekošanas metodes, kas veicina augsnes veselību, var uzlabot oglekļa piesaisti augsnē, palīdzot mazināt klimata pārmaiņas.

Piemērs: Reģeneratīvās lauksaimniecības metodes, piemēram, bezaršanas saimniekošana un segkultūru audzēšana, tiek globāli popularizētas kā veids, kā palielināt oglekļa piesaisti lauksaimniecības augsnēs un samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas.

Augsnes mikrobu kopienu novērtēšana

Lai novērtētu augsnes mikrobu kopienas, tiek izmantotas vairākas metodes, tai skaitā:

• Mikroskopija: Mikroorganismu tieša novērošana augsnes paraugos, izmantojot mikroskopus.
• Kultivēšanas metodes: Mikroorganismu audzēšana laboratorijas kultūrās, lai tos identificētu un kvantificētu.
• DNS balstītas metodes: DNS ekstrakcija no augsnes paraugiem un molekulāro metožu (piemēram, PCR, sekvencēšana) izmantošana, lai identificētu un kvantificētu dažādas mikrobu grupas.
• Funkcionālie testi: Specifisku mikrobu procesu aktivitātes mērīšana, piemēram, sadalīšanās, slāpekļa fiksācijas vai nitrifikācijas.

DNS balstītas metodes kļūst arvien populārākas, jo tās spēj atklāt plašāku mikroorganismu klāstu nekā kultivēšanas metodes, ieskaitot tos, kurus ir grūti vai neiespējami audzēt laboratorijā.

Praktiski padomi labvēlīgo augsnes mikroorganismu veicināšanai

Šeit ir daži praktiski padomi, kā veicināt labvēlīgo augsnes mikroorganismu attīstību jūsu dārzā vai saimniecībā:

• Pievienojiet organisko vielu: Iestrādājiet augsnē kompostu, kūtsmēslus vai citus organiskos materiālus, lai nodrošinātu barību mikroorganismiem.
• Samaziniet augsnes apstrādi: Minimizējiet augsnes traucējumus, lai aizsargātu augsnes struktūru un mikrobu dzīvotnes.
• Izmantojiet segkultūras: Stādiet segkultūras, lai palielinātu organisko vielu saturu un nodrošinātu dzīvotni labvēlīgajiem mikroorganismiem.
• Izvairieties no sintētiskajiem mēslošanas līdzekļiem un pesticīdiem: Izmantojiet dabiskas alternatīvas, lai veicinātu veselīgu augsnes ekosistēmu.
• Inokulējiet ar labvēlīgajiem mikroorganismiem: Apsveriet iespēju izmantot mikrobu inokulantus (piemēram, mikorizas sēnes, rizobaktērijas), lai augsnē ievadītu labvēlīgos mikroorganismus.
• Uzturiet pareizu augsnes pH: Pielāgojiet augsnes pH optimālajam līmenim augu augšanai un mikrobu aktivitātei.
• Laistiet pietiekami: Nodrošiniet pietiekamu mitrumu mikrobu aktivitātei, bet izvairieties no pārmērīgas laistīšanas, kas var radīt anaerobus apstākļus.

Globālās iniciatīvas un pētniecība

Daudzas globālas iniciatīvas un pētniecības projekti ir vērsti uz augsnes mikroorganismu lomas izpratni un veicināšanu ilgtspējīgā lauksaimniecībā un vides veselībā. Tie ietver:

• Globālā augsnes partnerība (GSP): Apvienoto Nāciju Organizācijas iniciatīva, kuras mērķis ir uzlabot augsnes pārvaldību un veicināt ilgtspējīgu augsnes apsaimniekošanu.
• Starptautiskā augsnes biodaudzveidības iniciatīva (ISBI): Globāls zinātnieku un praktiķu tīkls, kas strādā, lai izprastu un saglabātu augsnes biodaudzveidību.
• Pētniecības projekti, ko finansē nacionālās un starptautiskās aģentūras: Šie projekti pēta augsnes mikroorganismu lomu barības vielu apritē, slimību nomākšanā, oglekļa piesaistē un citos svarīgos ekosistēmu pakalpojumos.

Šīs iniciatīvas palīdz vairot izpratni par augsnes mikroorganismu nozīmi un veicina ilgtspējīgas zemes apsaimniekošanas prakses pieņemšanu, kas aizsargā un uzlabo augsnes veselību visā pasaulē. Piemēram, iniciatīva "4 promiles", kuras mērķis ir palielināt oglekļa saturu augsnē par 0,4% gadā, uzsver augsnes mikroorganismu kritisko lomu oglekļa piesaistē un klimata pārmaiņu mazināšanā.

Nobeigums

Augsnes mikroorganismi ir vitāli svarīga mūsu ekosistēmu sastāvdaļa, kam ir izšķiroša loma barības vielu apritē, augsnes struktūras veidošanā, slimību nomākšanā un citos svarīgos procesos. Izpratne par augsnes mikroorganismu daudzveidību un funkcijām ir būtiska, lai veicinātu ilgtspējīgu lauksaimniecību, aizsargātu vides veselību un mazinātu klimata pārmaiņas. Pieņemot ilgtspējīgas zemes apsaimniekošanas prakses, kas veicina labvēlīgo augsnes mikroorganismu attīstību, mēs varam uzlabot augsnes veselību, palielināt ražu un radīt ilgtspējīgāku nākotni visiem. Mums jāapzinās, ka neredzamā pasaule zem mūsu kājām glabā atslēgu uz veselīgāku planētu.

Papildu literatūra

• Džefa Lōenfelsa un Veina Lūisa grāmata "Komandā ar mikrobiem: Bioloģiskā dārznieka ceļvedis augsnes barības tīklā" (Teaming with Microbes: The Organic Gardener's Guide to the Soil Food Web)
• Deivida R. Montgomerija grāmata "Augsne: Civilizāciju erozija" (Dirt: The Erosion of Civilizations)
• Pola Stametsa grāmata "Micēlija skrējiens: Kā sēnes var palīdzēt glābt pasauli" (Mycelium Running: How Mushrooms Can Help Save the World)