Význam půdních mikroorganismů pro produkční a mimoprodukční funkce půdy

Neviditelný život v půdě – mikroorganismy

Při pohledu do volné přírody, na lány pšenice, ovocné sady nebo na zahrádku u vašeho domu, je mnoho lidí schopno popsat viditelné projevy života. Jarní rašení listí, barevně rozkvetlé květiny mezi krtinci v trávníku, dozrávající plody v sadu a z podzimu zase padající listí. Skoro nikoho nenapadne ani zmínka o životě, který se odehrává v půdě. Tyto formy života jsou našemu oku často skryty. V půdě nalezneme rozsáhlá živočišná společenstva, která co do početnosti a významu hrají důležitou roli v každém ekosystému (Elbl et al., 2014).

Neviditelný život v půdě:

Neviditelný život v půdě: a – organismy žijící ve svrchní vrstvě půdy; b – organismy adaptované na život v půdě; c – bakterie; d – kroužkovci; e – protozoa, f – symbiotické vztahy mezi mikroorganismy a kořeny rostlin (Jeffery et al., 2010).  

Půdní organismy představují velmi malou část půdy, respektive půdní organické hmoty, ale jejich význam pro kvalitu a zdraví půd je obrovský. Bez jejich přítomnosti by nemohla probíhat přeměna organických látek. Proto bývají půdní organismy často přirovnávány k oušku jehly, kterým prochází veškerá organická hmota v půdě (Hošek, 2006).  Organismy žijící v půdě jsou souhrnně označovány jako edafon a jejich přítomnost v půdě je nezbytná pro jednotlivé půdní funkce.

Zastoupení půdních organismů

Zastoupení půdních organismů (v hmotnostních procentech) v půdní organické hmotě (Hošek, 2006).

Rozdělení půdní bioty

Půdní edafon představuje rozsáhlý soubor organismů a obecně je rozdělován podle několika kritérií:

A. Velikost

B. Trofické vztahy

C. Místo výskytu

Podrobněji je půdní edafon popsán ve výukové prezentaci „Mikroorganismy jako indikátory stavu půdního prostředí“, kde je uvedeno nejen podrobné rozdělení, ale i charakteristika jednotlivých skupin.  

Velikostní kategorie edafonu

Velikostní kategorie edafonu (Hošek, 2006).

Velikostní kategorie edafonu

Alternativní znázornění velikostních kategorií edafonu (Jeffery et al., 2010).

Neviditelní živočichové a jejich význam

Organismy, které nejsou pozorovatelné pouhým okem, nazýváme mikroorganismy. Jejich počet vyjadřujeme v řádech milionů na gram dobře fungující půdy a rozdělují se podle velikosti a životních projevů na výše uvedené skupiny (mikroflóra a mikrofauna). Nejvýznamnějšími druhy půdních mikroorganismů, které ovlivňují půdní prostředí, jsou zástupci mikroflóry:   


Porovnání velikosti jednotlivých zástupců mikroedafonu (Jeffery et al., 2010).

Porovnání velikosti jednotlivých zástupců mikroedafonu (Jeffery et al., 2010).

Uvedené skupiny mikroorganismů v půdě hrají významnou roli a to zejména při tvorbě půdní úrodnosti. Mezi ty nejdůležitější úkoly patří tak zvaná mineralizace, což je štěpení složitých organických látek (bílkoviny, polymerní látky aj.) na jednodušší sloučeniny až ionty, které jsou využitelné ostatními organismy a rostlinami. Bez této činnosti by se v půdě a na jejím povrchu hromadila organická hmota a živiny, v ní imobilizované, by nemohly být využívány ostatními součástmi živé půdy (Elbl et al., 2014).

Význam půdních organismů

Význam půdních organismů pro (a) produkční a  (b) mimoprodukční funkce půdy: (a) zpřístupňování živin rostlinám, tj. zvyšování půdní úrodnosti; (b) vytváření organických pojiv pro zvyšování stability půdních agregátů – zamezení vzniku půdní eroze, ztráty živin a tím kontaminace ŽP polutanty (originál Ing. Jaroslav Záhora, CSc., MENDELU Brno; převzato z Elbl et al., 2014).

Nejvýznamnějšími funkcemi (mikro)organismů v půdě jsou:

Agregace (vytváření stabilních půdních agregátů) a její podpora činností mikroorganismů a přítomností organické hmoty v půdě je důležitým předpokladem strukturních vlastností půdy, jejího provzdušnění, úpravy vodního režimu a potenciálu odolnosti proti erozi půdy. Podstatou degradace půdy zaviněnou dlouhodobou negativní bilancí organických látek je právě ztráta stability půdních agregátů. Naopak pravidelné vstupy organických látek zajišťují přísun energie a živin pro mikrobiální kolonizace (zvýšení mikrobiální aktivity v půdě) půdních částic, tvorbu gelových tmelů a sítí houbových vláken pro stabilizaci půdních agregátů (Plošek & Záhora, 2015).

Půdní agregáty

Půdní agregáty a druhy tmelu znázorněné na různých velikostních škálách. Zřejmá je úloha půdních biot při tvorbě a regeneraci půdních agregátů (UBC, 2014; převzato z Plošek & Záhora, 2015).

Organická hmota v půdě a její rozklad půdními mikroorganismy je stěžejní proces, kterým je obnovována půdní úrodnost a další funkce půdy. Přítomnost organických látek v půdě je základním předpokladem pro existenci půdního edafonu (půdních organismů). Kromě mikroedafonu, se přeměn půdní organické hmoty účastní i další zástupci z mezo a makroedafonu. Tyto organismy se tak společně podílejí na mineralizaci organických látek a jejich humifikaci (tvorba humusu). Kvantita a kvalita organických látek v půdě, společně s aktivitou půdního edafonu utvářejí základní půdní vlastnost, kterou je úrodnost, ta je definována jako schopnost půdy poskytovat rostlině optimální podmínky pro její růst a vývoj.  

Rozklad SOM v půdě

Zjednodušené schéma koloběhu organické hmoty v půdě (http://www.tekura.school.nz/departments/horticulture/ht106_p3.html).

Mikroorganismy se primárně v půdě vyskytují v tzv. kořenové půdě (někdy označována jako rhizosférní/při-kořenová půda), což je vrstvička půdy o tloušťce několika mm okolo jednotlivých kořenů. Zde probíhají nejdůležitější biochemické reakce – zpřístupňování živin pro rostliny a jejich zadržování v tělech mikroorganismů. Mikroorganismy velice často spolupracují s rostlinami. Příkladem může být biologická fixace atmosférického dusíku (N2; viz níže), kdy bakterie poskytují rostlině, tolik potřebný dusík a rostlina dodává bakteriím uhlíkaté látky neboli kořenové exsudáty. Rostlinný opad spolu s kořenovými exsudáty představuje dva hlavní vstupy organické hmoty do půdy.   

Kořenová půda

Kořenová sféra/ půda (zelená barva) v okolí kořene (Chuchland & Graytson, 2014). 

Dalším příkladem spolupráce mezi rostlinnou a mikroorganismem při zpřístupňování živin je mykorhiza neboli kolonizace kořenů mykorhizními houbami. Nejrozšířenějším typem mykorhizy je arbuskulární, kterou realizuje přibližně 95 % druhů mykorhizních rostlin (od mechorostů až po krytosemenné rostliny). Mikroorganismy schopné mykorhizy (arbuskulární houby) pronikají za využití hyf do kortikálních buněk kořenů hostitelské rostliny. Následně zde vytvářejí typické útvary – arbuskuly a vezikuly. Tato symbióza zlepšuje příjem živin, zvyšuje odolnost rostliny k suchu a resistenci rostliny vůči patogenům.

Mimokořenové mycelium

Mimokořenové mycelium arbuskulární mykorhizní houby Glomus mosseae, barveno 0,05 % trypanovou modří v laktoglycerolu (http://www.sci.muni.cz/~mykorrhi/html/g_mosseae_ERM.htm).

Zastoupení mikroorganismů v půdě není rovnoměrné, s rostoucí hloubkou půdního profilu klesá početnost jednotlivých skupin půdních mikroorganismů. Důvodem jsou: teplota, omezené množství živin, vody a vzduchu.  

Vliv hloubky půdy na mirkobiální aktivitu  Vliv hloubky půdy na mirkobiální aktivitu

S rostoucí hloubkou půdního profilu klesá množství mikroorganismů (http://www.soilquality.org.au/factsheets/microbial-biomass-qld; http://www.groupe-frayssinet.com/R-D/The-keys-to-understanding/Soil-humus-and-biological-activity/Soil-a-living-organism).

Bakterie

Půda představuje prostředí s nejvyšším výskytem bakterií, v 1 g obdělávané půdy lze naleznout až 100 miliónů bakterií. Bakterie jsou prokaryotní organismy s poměrně jednoduchou a odolnou strukturou, proto se vyskytují skoro ve všech typech prostředí.

Bakterie plní v půdě řadu důležitých funkcí:

Významnou skupinou půdních mikroorganismů jsou bakterie, které dokáží poutat vzdušný dusík (N2). Uvedenému jevu se odborně říká biologická fixace dusíku a v minulých stoletích (před „objevením“ minerálních hnojiv) představovala hlavní zdroj dusíku v zemědělských půdách. Z historického hlediska byl všechen dusík zapojený do metabolismu získán právě touto fixací. Nejznámější rody bakterií schopné poutat vzdušný dusík jsou rody: Rhizobium, Azotobacter a Enterobacter (Elbl et al., 2014).

Rhizobium

Zástupce rodu Rhizobium v půdě (http://commtechlab.msu.edu/sites/dlc-me/zoo/zdrr0101.jpg).

Azotobacter

Zástupce gramnegativních aerobních chemoorganotrofních nefermentujících bakterií čeledi Azotobacteracea, rod Azotobacter (http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-006/hesla/img__d10e18978.html).

Enterobacter

Zástupce rodu Enterobacter (http://www.iphwallpaper.com/enterobacter-aerogenes-gram-stain).

Aktinomycety

Aktinomycety neboli vláknité bakterie tvoří dlouhá tenká vlákna o průměru cca 1 µm a délce až několik mm, která nemají přehrádky, protože se jedná o jedinou větvící buňku. Aktinomycety jsou grampositivní, aerobní, fakultativně anaerobní i aerobní saprofytické organismy. V půdě se účastní procesu dekompozice organické hmoty, kde rozkládají obtížně rozložitelné látky, například celulózu a chitin. Dále se podílí na tvorbě humusu a produkují velké množství antibiotik například streptomycin (Kalhotka & Tesařová, 2014).

 Rod Streptomyces

Zástupce rodu Streptomyces (http://www.scharfphoto.com/fine_art_prints/archives/000611.php).

Mikromycety

Další neméně důležitou skupinou mikroorganismů v půdě jsou mikromycety neboli mikroskopické houby. Představují velmi rozsáhlou skupinu vícebuněčných, eukaryotních, pokročile heterotrofních, saprofytických nebo parazitických mikroorganismů, které se podílejí na rozkladu složitých organických látek a koloběhu dusíku v půdě. Nejznámější jsou třídy Ascomycetes, Basidiomycetes, Zygomycetes a Endomycetes. Mezi významné funkce mikroskopických hub patří rozklad organických látek (bílkoviny, uhlovodíky, lignin, tuky) a kolonizace rostlinných kořenů, která vyúsťuje v mykorhizu. Mykorhiza je proces, díky kterému se naučili rostliny a houby spolupracovat. Pro obě dvě součásti mykorhizy je tato činnost prospěšná. Soužití se symbiotickou houbou je pro rostlinu velmi výhodné. Houby v některých případech zajišťují pro rostlinu minerální výživu, často rostlinu zásobují dusíkem a fosforem. Na oplátku rostlina poskytuje organické látky vytvořené pomocí fotosyntézy, které by jinak pro houbu byli nedostupné (Elbl et al., 2014).

Klíčící spory plísní

Klíčící spory plísní, pozorování mikroskopem (http://www.plisne.com/2013/10/21/plisne-mikroskopicke-vlaknite-houby/). 

Každá z uvedených skupin mikroorganismů (mikroedafonu) máv půdě konkrétní úkoly a podílí se tak na produkčních i mimoprodukčních funkcí půdy. Nejdůležitější funkcí všech těchto skupin je zpracování půdní organické hmoty.

Podíl jednotlivých skupin půdních mikroorganismů na „recyklaci“ půdní organické hmoty

Podíl jednotlivých skupin půdních mikroorganismů na „recyklaci“ půdní organické hmoty (http://www.groupe-frayssinet.com/R-D/The-keys-to-understanding/Soil-humus-and-biological-activity/Soil-a-living-organism).

Dokument byl vytvořen: 19. 10. 2021 14:45:24
Zdroj: http://web2.mendelu.cz/af_291_projekty2/vseo/