MIKROBIOLOGIE PŮDY 1. Úvod 2. Hlavní skupiny mikroorganismů 3. Vztahy mezi půdními mikroorganismy a rostlinami 4. Funkce půdních mikroorganismů 1. Vznik půdy 2. Koloběh C-látek 3. Koloběh N-látek 4. Koloběh S-látek 5. Koloběh P-látek 6. Mineralizace 7. Imobilizace 8. Humifikace, humus 9. Samočištění 10.Detoxikace xenobiotik 11.Únava půdy 12.Produkce fytoalexinů 5. Možnosti ovlivnění
24
Embed
MIKROBIOLOGIE PŮDY Úvod Hlavní skupiny mikroorganismů
MIKROBIOLOGIE PŮDY Úvod Hlavní skupiny mikroorganismů Vztahy mezi půdními mikroorganismy a rostlinami Funkce půdních mikroorganismů Vznik půdy Koloběh C-látek Koloběh N-látek Koloběh S-látek Koloběh P-látek Mineralizace Imobilizace Humifikace, humus Samočištění Detoxikace xenobiotik - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
MIKROBIOLOGIE PŮDY
1. Úvod
2. Hlavní skupiny mikroorganismů
3. Vztahy mezi půdními mikroorganismy a rostlinami
4. Funkce půdních mikroorganismů1. Vznik půdy2. Koloběh C-látek3. Koloběh N-látek4. Koloběh S-látek5. Koloběh P-látek6. Mineralizace7. Imobilizace8. Humifikace, humus9. Samočištění10. Detoxikace xenobiotik11. Únava půdy12. Produkce fytoalexinů
5. Možnosti ovlivnění
Úvod
Půda: hlavní rezervoár mikroorganismů „živý organismus“ = hlavní místo biotransformace biogenních prvků
Složky půdy:
minerální podíl – cca 45% (skelet – písek . prach – jíl) organické látky – obvykle 1-3%, občas 8%, výjimečně více
(organogenní až 80%); z toho organismy <1%, častěji <0,3%
póry – 50% (voda 2/3, vzduch 1/3)
P Ů D N Í
O R G A N I C K Á
H M O T A
P R I
M Á R N Í
O R G.
H M O T A
E D A F O N
Živá složka půdy Mikroorganismy
Živočichové Živé části rostlin
M R T V Ý
E.
Právě odumřelý edafon
(rozpoznatelný původ)
Snadno rozložitelná V Ø široký poměr
C:N O M
V
P Ř E M.
Organická hmota v transformacích Užší poměr C:N
(= výsledek mineralizace)
H U M U S
H U M U S
Stabilizovaná OM Úžší poměr C:N Dlouhý poločas
rozkladu
Výsledný celkový poměr C:N v půdě 10-12:1
Hlavní skupiny mikroorganismů základní dělení podle výživy podle získávání energie fyziologické skupiny Systematicky
základní dělení Bakterie (pravé, aktinomycety) Houby
POČET A HMOTNOST PROKARYOTNÍCH A EUKARYOTNÍCH PŮDNÍCH ORGANISMŮ
Vývojová linie Skupina Počet jedinců /
g
Hmotnost t / ha
PROKARYOTÉ Bakterie < 109 0,450 – 4,500
Aktinomycety < 108 0,450 – 4,500
CELKEM 0,900 – 9,000
EUKARYOTÉ Houby (Mycota) < 106 1,120 – 11,200
Řasy (Algae) < 105 0,056 – 0,560
Prvoci (Protozoa) < 105 0,017 – 0,170
Hlísti (Nematoda) < 105 0,011 – 0,110
Žížaly (Lumbricidae)
- 0,110 – 1,100
Ostatní bezobratlí a obratlovci - 0,017 – 0,170
CELKEM 1,331 – 13,310
(Brady, 1990)
Půdní bakterie 109. g-1 2,5 t.ha-1
9,5 t.ha-1 Půdní aktinomycety
108. g-1 2,0 t.ha-1
Půdní mikromycety
105. g-1 5,0 t.ha-1
(Kubát, 1992)
podle výživy
autotrofní: zdrojem C je CO2
heterotrofní: zdrojem C org. látka
saprofytické: využívají odumřelou organickou hmotu
zymogenní: využívají odumřelou rostlinnou hmotu
oligotrofní – žijí při nízkých koncentracích živin
eutrofní (kopiotrofní) vyžadují prostředí bohaté živinami
autochtonní: typické pro dané prostředí, vyskytují se pravidelně, množí se (Caulobacter, Hyphomicrobium…)
alochtonní: mikroorganismy do prostředí zavlečené, kontaminující
podle získávání energie fototrofní: zdr oj E světelné záření (fotolitotrofní, fotoorganotrofní)
chemotrofní: zdroj E energie chemických vazeb (chemolitotrofní, chemoorganotroní)
fyziologické skupiny koloběh C: celulolytické, amylolytické, máselné…
Může být antagonistou patogenních mikroorganismůMůže ohrožovat klíční rostlinku (zvláště houby)Využití chitinolytických mikroorganismů (Pseudomonas) pro regulaci
= biologické moření
Epifytní mikroflora
= mikroflora nadzemních částí rostlin
U zdravé rostliny často antagonista nežádoucích mikroorganismůU poškozené se může podílet na nežádoucích procesechZ hlediska krmivářského složení nepříznivéHnilobné bakterie (až 90%) – dominantní rod Pseudomonas Mikromycety – zastoupení do 10%, negativní – rozklad živin a
produkce mykotoxinů (Mucor, Rhizopus; Aspergillus, Fusarium, Penicillium…)
Sporulující tyčinky – zastoupení až 10%, negativní - rozklad živin, produkce kyseliny máselné (Bacillus, Clostridium)
Bakterie mléčného kvašení – obvykle do 1(3)% - pozitivní, významné pro silážování (Lactobacillus, Lactococcus)
Rhizosféra
= mikroflora povrchu kořenů a přiléhající půdy (< 1mm)
Ovlivněna kořenovými exudátyOvlivňuje výživu rostlinMůže mít podíl na únavě půdyOdlišné složení – dominantní nesporulující tyčinkyOdlišný počet (rhizosférní efekt = R/S), poměr výrazně > 1
(obvykle 10-100 /1000/x)
Mykorhiza
= mutualistické (symbiotické) soužití mycelia hub a kořenů rostlin, pro některé rostliny až obligatorní
Různá úroveň vzájemného vztahu: peritrofní – ektotrofní – endotrofní
VAM = vesikulo-arbuskulární mykorhiza, průnik vláken do buněk kořenu rostlinyVýznam:
R - Zvětšení povrchu kořenůR - Zlepšený příjem vody a živinR – Zvýšení mineralizace v blízkosti kořenů
Organismy ovlivňují: zvětrávání hornin – vnik kyselin (org. i anorg.) syntéza organických látek zvláště humusu rozklad org. látek tvorba struktury (agregace) míšení org. a min. látek (hlavně makroedafon)
odumřelý edafon – velmi variabilní (např. při 5t bakterií + 5t hub/ha to může být cca
21t/ha), poločas rozkladu – dny
Významný vliv chemického složení:
Zdroj Zdroj Mineralizace energie meziproduktů
Rychlá Dobrý Málo
Glycidy
Proteiny
Hemicelul.
Celulosa
Tuky
Vosky
Lignin
(humus)
Pomalá Špatný Hodně
Tři fáze přeměny organických látek:
1) transformace vodorozpustných látek (značná část mineralizována Energie)
2) transformace nerozpustných látek (vznik fenol - proteinových komplexů)
3) „zrání“ převážně fyzikálně-chemické reakce: kondenzace, polymerace, tím stabilizace
Vnější podmínky
TeplotaOptimální mesofilní podmínkyNižší teplota zpomaluje procesVyšší teplota urychluje humifikaci, ale vyšší mineralizace,
vzniká kvalitní humus v menším množstvíVyšší teplota přispívá k hygienizaci (likvidace patogenů)
snižuje klíčivost semen
pHOptimální kolem 7,0Nižší zpomaluje humifikaci, zvýšený rozvoj mikromycet, méně kvalitní humusVelmi vysoké pH přispívá k hygienizaci (vápnění např. kalů, ztráty NH3)
AeraceVysoká aerace podporuje mineralizaci, vzniká méně ale kvalitního humusu,
proces rychlejší – dostatek energieNedostatečná aerace neposkytuje dostatek energie, více meziproduktů,
proces pomalejší, méně kvalitní humus ve větším množstvíDoporučení – kombinace aerobních a anaerobních podmínek s dominancí
aerobních (překopávání kompostu)
VlhkostNutný faktor – příjem živinV protikladu s aerací (zaplnění pórů)Optimum – 60% max. vodní kapacityV kompostu cca 65 rel. %
Další faktoryKlimat, erose, půdotvorný substrát…
Přítomnost aktivních mikroorganismů
Nejsou specializované mikroorganismyNutná komplexní aktivní mikroflóraŘada katabolických a anabolických procesůVýsledek – humus, stabilní komplexní organická hmotaStadia procesu:
1. bakterio-plísňové2. aktinomycetové
HUMUS
Stabilní organická hmota s dlouhým poločasem rozpadu
Složení – pestrá chemická struktura, popis založen na srážení a rozpouštění v alkaliích a kyselinách
Komponenty humusu: Fulvokyseliny Huminové kyseliny Huminy Hymatomelanové kyseliny
Princip: - konkurence o živiny - konkurence o prostor
Rozhodující faktor = komplexní aktivní půdní mikroflora
Stimulace: Diversita rostlin (osevní postup)
Agrotechnika (regulace pH, vlhkosti, aerace, aj.)
Dostatek organických látek (organické hnojení)
Optimální poměr živin C : N : P
Detoxikace xenobiotik
= Bioremediace = mikrobiální odstranění kontaminujících chemických látek
V zemědělství hlavními kontaminanty pesticidy a ropné produkty
Možnosti detoxikace: Hlavní metabolismus (kontaminant je zdrojem E či biogenních prvků) Kometabolismus (kontaminant je přiřazován do metabolických drah bez
významnějšího přínosu)
Rychlost detoxikace velmi variabilní; poločasy rozkladu týdny až roky (triaziny 6-18 měsíců, chlorované uhlovodíky i 17 let)
Obecná opatření: Optimalizace volby (biodegradabilita) Způsob použití Agrotechnika (regulace pH, vlhkosti, aerace, aj.) Dostatek organických látek (organické hnojení) Optimální poměr živin C : N : P
Řízená dekontaminace:
In situKontaminace prostředí (půdy) není vysoká, řešení = optimalizace faktorů a tím využití běžně přítomné mikroflory
Ex situKontaminace překračuje únosnou míru pro biotu
Postup na modelu „půda“: Zeminu vytěžit Umístit na zabezpečené místo Zeminu naředit (nekontaminovaná zemina; rostlinné odpady – sláma,
kůra, piliny; hnůj; apod. Upravit poměr živin – C : N : P Upravit fyzikální charakteristiky (pH, vlhkost ….) Doplnit vhodné mikroorganismy = inokulace; např. Pseudomonas Většinou aerovat (podle použitého mikroorganismu
Technologické varianty: Land farming Kompostování Bioventing Bioreaktor
Únava půdy
= fytotoxicitazhoršený růst rostlin nejčastěji jako důsledek pěstování monokultur
Příčiny: Jednostranné vyčerpání živin Hromadění metabolitů (= poškozena samočistící schopnost půdy) Posuny v mikroflóře Hromadění fytopatogenů
Citlivost rostlin rozdílná: Citlivé: jabloň, vojtěška, jetel Málo citlivé: obilniny Nejméně: citlivá kukuřice
Opatření: Diversita rostlin (osevní postup) Agrotechnika (regulace pH, vlhkosti, aerace, aj.) Dostatek organických látek (organické hnojení) Optimální poměr živin C : N : P Sterilace
Produkce fytoalexinů
= látky produkované mikroorganismy ovlivňující rostliny
Stimulátory růstu Obdobné růstovým hormonům
(auxiny, gibereliny, indolyloctová kyselina, aj.) Produkce hlavně v rhizosféře Cca 20 % bakterií (např. Pseudomonas, Xantomonas, Bacillus…)
Inhibitory růstu Největší frekvence pod monokulturami Někdy až 50 % izolátů Producenti: např. Pseudomonas, Bacillus, Penicillium, Aspergillus