Бактериальные остатки вносят значительный вклад в плодородие почвы

Источник: phys.org

До сих пор считалось, что органические компоненты почвы состоят в основном из разложившихся растительных материалов, которые непосредственно преобразуются в гуминовые вещества. Но немецкие ученые выяснили, что на самом деле все гораздо сложнее. В новом проекте приняли участие специалисты из Исследовательского Центра Гельмгольца, Института Макса Планка, а также коллеги из Университета Стокгольма (Швеция). Как отмечает руководитель проекта профессор Маттиас Кестнер (Центр Гемгольца), органика почвы представляет наибольшую долю наземного связанного углерода в биосфере. Она также является одним из ключевых факторов, определяющих концентрацию углекислого газа в атмосфере. Поэтому изучение почвенной органики важно не только для сельскохозяйственной отрасли, но и для климатологии.

В лабораторном эксперименте исследователи внесли в почву бактерии, помеченные стабильным изотопом углерода ¹³С. После 224 дней инкубации судьба углерода бактериального происхождения была определена. По всему объему образца почвы были обнаружены фрагменты клеточных стенок бактерий, размером около 500Ч500 нм. По словам профессора Кестнера, такие фрагменты наблюдались в почве и раньше, но никогда не идентифицировались как бактериальные остатки. Когда микробные клетки погибают или деформируются, остаются мелкие частички оболочек, покрытые пептидами и белками из внутриклеточной жидкости бактерий. Все эти материалы образуют на минеральных компонентах почвы тонкую пленку органических молекул, в которых углерод из мертвых бактерий накапливается и стабилизируется.

Расчеты ученых показали, что примерно 40% микробной биомассы преобразуется в почвенную органику. Когда фрагменты клеточных стенок высыхают, они теряют свою мягкость и могут затвердеть, как стекло. Впоследствии почва может снова стать влажной, но при некоторых условиях микробные остатки становятся неспособными к смачиванию. А именно смачивание является необходимым условием для их дальнейшей деградации другими бактериями. Это объясняет, почему теоретически легкоразлагаемые углеродные соединения в почве стабилизируются. После лабораторных экспериментов ученые провели полевые испытания, взяв образцы почвы в окрестностях ледника Дамма в швейцарском кантоне Ури. В течение последних 150 лет ледник отступил примерно на 1 км. Гранитная скала, которая осталась после ухода льда, подверглась частичной колонизации живыми организмами, началось развитие почвы. После первых растений, таких, как мхи и травы, появились кусты и даже деревья.

Образцы, взятые возле ледника, имели возраст от 0 до 120 лет. Они дают возможность проследить весь путь развития почвы, начиная с самого раннего этапа. Исследования, проведенные при помощи сканирующего электронного микроскопа в Институте Макса Планка, подтвердили результаты лабораторных тестов. Минеральные частички почвы были покрыты пленкой из остатков клеточных стенок бактерий. Причем с увеличением возраста почвы толщина этой пленки возрастала. Как резюмирует профессор Кестнер, растительные остатки быстро перерабатываются микробами. И хотя большая часть органического углерода в экосистемах производится растениями, в почве большая часть органики состоит из остатков бактерий и грибов. Это подчеркивает важность микроорганизмов во всех типах почв.