Organizmy glebowe

Organizmy glebowe
Organizmy żywe nie są zazwyczaj zaliczane do materii organicznej, chociaż w warstwach
ornych stanowią niekiedy 10-15% masy martwej i żywej masy organicznej gleby. Mikroorganizmy
glebowe (edafon) wraz z innymi organizmami, szczególnie z roślinami wyższymi należą do pięciu
czynników tworzących glebę (klimat, ukształtowanie terenu, skała macierzysta, czas). Wśród
mikroorganizmów glebowych najważniejsze są bakterie i grzyby, gdyż są one związane z
przepływem energii i obiegiem podstawowych pierwiastków w ekosystemach lądowych.
Organizmy glebowe można sklasyfikować pod względem wielkości na mikroorganizmy,
mezofaunę oraz makrofaunę.
Edafon stanowią:
•wirusy (Virales)
•bakterie (Schizomycetes)
•promieniowce (Actinomycetes)
•grzyby (Mikromycetes)
•śluzowce (Myxomycetes)
•pierwotniaki (Protozoa)
•glony (Algae)
•nicienie (Nematoda)
•wazonkowce (Enchytraeidae)
•dżdżownicowce (Lumbricidae)
•stawonogi (Arthropoda)
•makrofauna (krety, nornice, susły, świstaki, piżmaki, myszy).
Mikroorganizmy są związane głównie z fazą stałą gleby, a ich liczba zależny od rodzaju gleby.
Bakterie występują na powierzchni granul elementarnych, w bezpostaciowej substancji humusowej
oraz w kompleksach organiczno – mineralnych. Najistotniejsze dla mikroorganizmów są koloidy
glebowe, gdyż charakteryzują się dużą powierzchnią sorpcyjną i gromadzą na swej powierzchni
związki mineralne i substancje organiczne, stanowiące pokarm dla mikroorganizmów.
Mikroorganizmy są jednym z najistotniejszych czynników decydujących o żyzności i
produktywności biologicznej gleb. Warunkują również obieg materii (cykliczne przechodzenie ze
środowiska abiotycznego do organizmów żywych i znowu do środowiska abiotycznego itd.). We
wszystkich procesach biochemicznych związanych z przemianą związków organicznych i
mineralnych główną rolę odgrywają enzymy mikroorganizmów, które katalizują szereg reakcji:
•mineralizacja
•immobilizacja
•utlenianie
•redukcja
•tworzenie osadów geologicznych
•wytwarzanie substancji chelatujących
•absorbowanie substancji nieorganicznych
Największe ich zagęszczenie jest w warstwie uprawnej oraz wokół korzeni roślin (w
ryzosferze). W glebie zamieszkują głównie organizmy tlenowe, najwięcej ich występuje na
głębokości 5-20 cm. Każda warstwa gleby ma swój własny zespół mikroorganizmów. W warstwie
ornej na powierzchni 100 m2 znajduje się ok. 70 kg masy bakterii, 70 kg promieniowców i 10-15 kg
masy grzybowej.
Wirusy
Wywierają pośredni wpływ na funkcjonowanie gleby. Rola fagów w środowisku glebowym
polega na ich zdolności niszczenia niektórych populacji bakterii i w związku z tym - prowadzenia
ich selekcji, zarówno negatywnej, jak i pozytywnej. Największe znaczenie mają bakteriofagi
atakujące np. bakterie brodawkowe z rodzaju Rhizobium, gdyż swoją działalnością lityczną w
stosunku do tych mikroorganizmów doprowadzają do niekorzystnych zmian w populacjach
mikroorganizmów i zaburzają procesy przez nie prowadzone (spadek plonów roślin motylkowych).
Bakterie
Są najmniejszymi i najliczniejszymi organizmami w glebie. Pojedyncza komórka może mieć
wielkość 0,5x1µm a w 1 gramie ziemi żyje od miliona do kilku miliardów bakterii. Bakterie w
przeciwieństwie do roślin i zwierząt mogą żyć również w warunkach beztlenowych oraz w bardzo
różnych temperaturach. Są odporne na wysuszenie i niekorzystną dla innych organizmów
temperaturę.
Bakterie beztlenowe rozkładają celulozę i ligniny do cukrów prostych, które są z kolei utleniane
przez bakterie tlenowe. Szczególnie duże znaczenie dla żyzności gleby mają bakterie wiążące
wolny azot, są to bakterie współżyjące z roślinami - Rhizobium oraz wolno żyjące w glebie Azotobacter i Clostridium. Wzbogacają one glebę w azot czerpany z powietrza. Główną pozycję
zajmują tu bakterie z rodzaju Rhizobium żyjące w symbiozie z roślinami motylkowymi (łubin, groch,
fasola, koniczyna, lucerna).
Stanowią podstawową masę mikroorganizmów glebowych. Bakterie wywołują różne procesy
biochemiczne w glebie, ze względu na które podzielono je na różne grupy fizjologiczne:
•Autotrofy
-fotoautotrofy
-chemoautotrofy (bakterie nitryfikacyjne, bakterie siarkowe, bakterie wodorowe, bakterie żelazowe,
bakterie tlenkowęglowe)
•Heterotrofy
-bakterie wiążące wolny azot
-bakterie nie wiążące wolnego azotu
Mikroorganizmy glebowe dzieli się na autochtoniczne i zymogeniczne. Drobnoustroje
autochtoniczne czerpią energię z rozkładu materii organicznej, powodując jej mineralizację.
Przedstawicielami tej grupy w glebie
tlenowe nieprzetrwalnikujące bakterie z rodzaju Arthrobacter
prątki z rodzaju Mycobacterium.
bakterie śluzowe (Myxobacteriales).
bakterie wiążące azot atmosferyczny, bakterie nitryfikacyjne
tlenowe laseczki przetrwalnikujące z rodzaju Bacillus i beztlenowe z rodzaju Clostridium.
Drobnoustroje zymogeniczne wprowadzane są do gleb okresowo ze ścieków, odpadów
komunalnych i przemysłowych oraz z odpadów powstających w hodowli zwierząt (np. obornik i
gnojówka). Są to organizmy, których rozwój uzależniony jest od dopływu świeżej, łatwo
przyswajalnej materii organicznej. Bakterie zymogeniczne glebowe to głównie:
gramujemne
pałeczki
z
rodziny
Enterobacteriaceae
oraz
z
rodzaju
Pseudomonas,
Achromobacter, Flavobacterium.
drobnoustroje patogenne (pałeczki duru brzusznego z rodzaju Salmonella i pałeczki czerwonki –
Shigella., beztlenowe laseczki wywołujące tężec – Clostridium tetani, zgorzel gazową –
Clostridium perfringens, zatrucia pokarmowe – Clostridium botulinum oraz tlenowe laseczki
wąglika – Bacillus anthracis, a także prątki – Mycobacterium tuberculosis).
Pałeczki duru brzusznego Salmonella sp. [pasozyty.biz salmonella]
Prątki grużlicy Mycobacterium tuberculosis [pasozyty.biz salmonella]
Ryc.17. Podstawowe formy morfologiczne bakterii glebowych (za B. Bobrzański i S. Zawadzki): A - laseczka
(bacillus), B – laseczka z endosporami (Clostridium), C – pałeczka (Bacterium), D – pałeczka urzęsiona
biegunowo (Pseudomonas), E – ziarniak (Micrococcus), F – bakterie nitkowate (Chlamydobacteriae), G –
bakterie siarkowe (Beggiatoales), H – bakterie siarkowe (Thiothrix), I – bakterie żelaziste (Gallionella), J –
bakterie śluzowe (Myxobacteriales)
Bakterie
Rhizobium
sp.
wypełniające
Laseczki Clostridium perfringens
brodawki korzeniowe roślin motylkowych
Laeczki Bacillus subtilis,
Pseudomonas sp.
Promieniowce
Promieniowce są organizmami szeroko rozpowszechnionymi w przyrodzie. Występują
zarówno warstwach powierzchniowych jak i głębszych gleb obojętnych lub lekko zasadowych.
Promieniowce biorą udział w rozkładzie materii organicznej gleby. Rozkładają aminokwasy,
polisacharydy, tłuszcze, połączenia humusowe i węglowodory alifatyczne (rodzaj Streptomyces),
błonnik, pentozany, ligninę, chitynę (rodzaje Micromonospora, Nocardia, Streptomyces). Niektóre
gatunki współżyją z roślinami wyższymi, wiążąc azot atmosferyczny (Streptomyces alni).
Promieniowce wytwarzają również antybiotyki (zwłaszcza gatunki z rodzaju Streptomycetes np.streptomycynę, terramycynę), barwniki i witaminy, które również spełniają ważne funkcje w
regulacji procesów przebiegających w określonych środowiskach glebowych. Produkują geosminę,
odpowiedzialną za charakterystyczny zapach świeżo zaoranej gleby. Gleby naturalne (np. łąkowe)
zawierają więcej promieniowców niż gleby uprawne.
Ryc. 18. Podstawowe formy promieniowców glebowych (za B. Bobrzański i S. Zawadzki): A – Actinomyces,
B – Nocardia, C – Micromonospora, D – Streptosporangium, E – Streptomyces.
Grzyby
Różnorodność grzybów występujących w glebie jest ogromna. Różnorodność ta sprawia, że
grzyby można spotkać na różnych typach gleb. Preferują środowiska lekko kwaśne lub kwaśne
(pH 5-3,5) z dostępem do tlenu.
Głównym czynnikiem limitującym występowanie grzybów w
glebie jest dostępność substancji pokarmowych i ich ilość. Najłatwiej przyswajalnym pokarmem
grzybów są cukry proste. Azot, siarka, fosfor, magnez i inne pierwiastki grzyby pobierają jedynie w
formie związków nieorganicznych. Grzyby odgrywają główną rolę w rozkładzie martwej materii
organicznej. Grzyby biorą udział w rozkładzie błonnika, pektyn, związków aromatycznych, ligniny,
keratyny. Wytwarzają również duże ilości antybiotyków, substancji humusowych, witamin oraz
mikotoksyn. Mają duże znaczenie w procesach glebotwórczych i w odżywianiu roślin (wytwarzanie
substancji śluzowych, akumulacja wody, wytwarzanie kwasów organicznych, uwalnianie
pierwiastków ze związków mineralnych). Wytwarzają również substancje czynne (gibereliny).
Zazwyczaj rozwijają się silnie w glebach kwaśnych i wpływają istotnie na zmiany odczynu gleby.
Grzyby mikoryzowe współdziałają z roślinami wyższymi zaopatrując je w niektóre składniki
pokarmowe trudno dla nich dostępne (fosfor, woda), natomiast Do najpospolitszych grzybów
glebowych należą rodzaje: Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Verticillium, Fusarium, Rhizopus,
Mucor, Zygorhynchus, Chaetomium pobierają od nich węglowodany potrzebne do własnego
rozwoju.
Ryc. 19. Niektóre grzyby z klasy Deuteromycetes (za B. Bobrzański i S. Zawadzki): A1 – Cladosporium, A2 –
Alternaria, A3 – Gonatobotrys, A4 – Curvularia, A5 – Helicosporium, A6 – Fusarium
Ryc. 20. Niektóre grzyby z klasy Deuteromycetes (za B. Bobrzański i S. Zawadzki): B1 – Trichoderma, B2 –
Nigrospora, B3 – Verticillium, B4 – Penicillium, B5 – Thielaviospis, B6 - Periconia
Nigrospora sp. [imakenews.com]
Pierwotniaki
W glebach można obserwować zazwyczaj tylko drobne formy zaliczano do trzech rodzajów:
korzenionóżki (Rhizopoda), wiciowce (Flagellata), orzęski (Ciliata). Są to jedyne zwierzęta
zaliczone
do
drobnoustrojów
i
powszechnie
występujące
w
glebie.
Pierwotniaki glebowe są organizmami jednokomórkowymi, wielkości 5-20 µm. Najczęściej
występują w górnych warstwach gleby, tam gdzie jest najwięcej bakterii. Większość z nich żywi się
bakteriami, glonami, grzybami oraz obumarłą materią organiczną. Najlepiej rozwijają się w
temperaturze 18-200C. Bez dostępu tlenu giną. Wytwarzają cysty odporne na suszę.
Tabela 33. Pierwotniaki glebowe (wg Y. Dommerguesa i F. Mangenota za B. Dobrzański i S. Zawadzki).
Klasa
Rhizopoda
Flagellata
Charakterystyka
Grupa
Poruszają się za pomocą Rhizopoda
wypustek
(pełzaki – Amoeba)
cytoplazmatycznych lub
pseudopodiów; wielkość i
kształt ich ciała ciągle
ulega zmianom
Rhizopoda (Testacida)
Naegleria
Hartmanella
Lecythium
Nuclearia
Zaopatrzone są w wici (1 Phytomastigophora
- 4)
(fotosyntetyzujące)
Chlamydomonas
Euglena
Zoomastigophora
(nie fotosyntetyzujące)
Ciliata
Typowe rodzaje
glebowe
Poruszają się za pomocą Osiadłe
rzęsek rozmieszczonych
na całej powierzchni
Wolnopływające
komórki
Diflugia
Trinema
Euglypha
Centropyxis
Heteromita
Oikomonas
Cercomonas
Bodo
Cercobodo
Scytomonas
Tetramitus
Colopoda
Pleorotricha
Oxytricha
Gonostomum
Balantiophorus
Enchelys
Większość pierwotniaków to heterotrofy, chociaż spotykane są również autotrofy (zielone
wiciowce). Heterotrofy mają znaczenie w zmianach liczebności bakterii, które stanowią ich główny
pokarm. Odżywianie się pierwotniaków bakteriami przyczynia się do obiegu łatwo przyswajalnych
substancji pokarmowych i korzystnie wpływa na aktywność biochemiczną gleby.
Ryc. 21. Przykłady pierwotniaków glebowych (za B. Bobrzański i S. Zawadzki): A – pełzak, B – orzęska
osiadła, C – orzęska wolnopływająca
Glony
Są to głównie okrzemki i zielenice. Są organizmami zawierającymi barwniki pozwalające im
przeprowadzać proces fotosyntezy. Asymilacja CO2 z atmosfery i synteza substancji organicznych
wzbogaca gleby m. in. w węglowodany i białka, dostarcza tlenu korzeniom roślin i odkwasza glebę
(pochłanianie dwutlenku węgla). Niektóre glony wiążą azot atmosferyczny (np. Nostoc calcicola).
Wytwarzają również kwasy organiczne przyczyniając się do rozpuszczenia połączeń wapnia w
glebie. Glony występują głównie na powierzchni gleby, na głębokości 2-3 cm, gdzie dochodzi
światło. Można je spotkać również w głębszych warstwach, blisko fragmentów glikokrzemianów lub
innych minerałów ilastych, stanowiących źródło krzemu. Najsilniejszy rozwój i największą
różnorodność glonów obserwuje się w glebach obojętnych i słabo zasadowych.
Ryc. 22. Wybrane przykłady glonów występujących w glebie (za B. Bobrzański i S. Zawadzki): A – Chlorella,
B – Chlamydomonas, C – Scendesmus.
Nostoc calciola
Nicienie
Są to organizmy bardzo częste w glebach. Z gleby przedostają się do korzeni roślin i żywią
się treścią ich komórek. Nicienie wpływają przede wszystkim na produkcję pierwotna w glebie
(odżywiają się roślinami wyższymi, np. Heterodera schachtii), pierwotny rozkład (żywią się głównie
mikroorganizmami) oraz na liczebność organizmów należących do wyższych rzędów (konsumpcja
przez nicienie drapieżne pierwotniaków, wrotek, małych skąposzczetów i innych gatunków nicieni).
Niektóre nicienie przyczyniają się również do rozkładu materii organicznej. Do nicieni glebowych
zaliczamy także stadia wolnożyjące nicieni pasożytujących na zwierzętach (np. Węgorek jelitowy).
Chorobotwórczy węgorek jelitowy Strongyloides
Heterodera schachtii
stercoralis
Wazonkowce
Występują w glebach wilgotnych i dobrze natlenionych. Żywią się rozkładającymi się
szczątkami organicznymi. Odgrywają dużą rolę w mieszaniu resztek roślinnych z częścią
mineralną gleby.
Lumbricus sp. (Dżdżownica)
Dżdżownice w korzystnych warunkach stanowią przeważającą część biomasy. Wymagają
gleb wilgotnych, dosyć ciepłych o odczynie zbliżonym do obojętnego lub słabo kwaśnego. Mają
znaczny wpływ na kształtowanie fizycznej struktury środowiska glebowego, w którym się znajdują.
Przeciskając się przez kolejne warstwy gleby poprawiają jej przewietrzalność i przepuszczalność,
co jest korzystne zwłaszcza dla gleb ciężkich i zbitych. Dżdżownice odżywiając się martwą materią
organiczną przyczyniają się do jej rozkładu i uwalniania składników mineralnych niezbędnych dla
roślin.
Owady
Należną do grupy zwierząt najliczniejszej pod względem gatunkowym, a więcej niż 90%
wszystkich gatunków przezywa w glebie przynajmniej jedno stadium rozwojowe. Szczególna
różnorodnością charakteryzują się chrząszcze bądź ich larwy w i na powierzchni naszych gleb.
Liczne gatunki prowadza pasożytniczy tryb życia, inne odżywiają się padliną, jeszcze inne
resztkami roślinnymi i grzybami. Prawie w każdej próbie glebowej można także znaleźć larwy.
Większość z gatunków glebowych, odgrywa ważną role w rozkładzie resztek roślinnych i produkcji
próchnicy. Niektóre z nich są szkodnikami upraw rolniczych: drutowce, pędraki, turkucia podjadka,
gąsienice rolnic i larwy komarnic i leni.
Skoczogonki to grupa zwierząt zaliczana do owadów bezskrzydłych, charakteryzująca się dużą
skocznością. Odżywiają się resztkami roślinnymi, grzybami, martwa materia organiczna i
odchodami. Glebę zasiedlają także gatunki pasożytnicze.
Równonogi są to stawonogi z rzędu zaliczanego do podgromady pancerzowców, które jako typowi
konsumenci żywią się słomą i liśćmi.
Wije należą do grupy szczególnie ruchliwych zwierząt zamieszkujących glebę. Znajdują się miedzy
nimi zarówno zwinne pasożyty, jak i pożeracze resztek roślinnych.
Wij drewniak
Roztocza w największej liczbie rodzajów i jednostek zasiedlają grunty orne. Na jedynym metrze
kwadratowym gleby często znajdują się setki tysięcy tych pajęczaków. Odżywiają się w
przeważającej mierze resztkami roślinnymi, zjadają jednak również bakterie, grzyby, glony lub
odchody. Niektóre gatunki prowadza pasożytniczy tryb życia.
Ważnym parametrem oceny jakości gleby jest struktura zespołów mikroorganizmów, często
decydująca
o
prawidłowym
przebiegu
procesów
glebowych.
Właściwy
stan
zespołów
mikroorganizmów glebowych, czyli ich odpowiednia ilość, aktywność i różnorodność jest
warunkiem koniecznym dla prawidłowego funkcjonowania ekosystemów lądowych.