Микрооргани́змы - название сборной группы мельчайших, преимущественно одноклеточных, организмов, не видимых невооружённым глазом (их размер менее 0,1 мм). Микроорганизмы обитают почти везде, где есть вода, включая облака, лёд, горячие источники и дно мирового океана. Они участвуют во множестве биогеохимических процессов, включая круговороты углерода, азота, серы и других элементов, необходимых для жизни. Благодаря этим процессам микроорганизмы способствуют поддержанию баланса экосистем и обеспечивают циркуляцию питательных веществ в биосфере.
Главная особенность почвенных микроорганизмов состоит в их способности разлагать сложнейшие высокомолекулярные соединения до простых конечных продуктов: газов, воды и простых минеральных соединений. Этот процесс, называемый декомпозицией, является важной частью круговорота веществ в природе.
Максимальное количество микроорганизмов обнаруживается на глубине 10-30 см. В 1 грамме насчитывается от 200 млн (в глинистой почве) до 1-3 млрд (в черноземах) клеток. Мир невидимых для глаз бактерий и грибов преобразует органические отходы в плодородный компост, обогащающий почву. Каждый вид выполняет уникальную работу, способствуя разложению сложных органических соединений на более простые элементы, доступные для усвоения другими живыми организмами.
Бактерии, будучи самыми многочисленными жителями почвы, демонстрируют удивительные способности к разложению органических веществ. По отношению к кислороду бактерии разделяются на две группы: аэробные и анаэробные. Аэробные бактерии в присутствии кислорода активно участвуют в процессе декомпозиции. Аэробное разложение проходит в верхних слоях почвы и приводит к полному распаду органики и выделению энергии. Образуются минеральные вещества, доступные для растений. Анаэробные бактерии работают в бескислородной среде. В процессе их деятельности органические соединения постепенно разлагаются с выделением метана, который является причиной неприятного гнилостного запаха. Анаэробный процесс характерен для затопленных участков, глубинных слоев грунта, где происходит брожение и неполный распад остатков растений с образованием сложных органических и минеральных соединений. Если такие процессы преобладают, образуются почвы с кислой реакцией. Множество почвенных микроорганизмов окисляют аммоний, но наибольшее внимание уделяется бактериям из рода Nitrosomonas (Нитрозомонас). Образовавшиеся при нитрификации нитраты подвергаются в почве дальнейшим превращениям. Они могут:
1) быть использованы высшими растениями;
2) вымываться в водоемы;
3) закрепляться в клетках микроорганизмов, которые используют нитраты в качестве источника азота;
4) восстанавливаться микроорганизмами до молекулярного азота и аммиака.
Грибы участвуют в процессе декомпозиции параллельно с бактериями. Вегетативное тело большинства грибов представляет собой грибницу (или мицелий) состоящий из ветвящихся нитей - гиф. Такие грибы называют мицелиальными.
Мицелиальные грибы, создавая сложные сети из нитей гиф, активно разлагают органические субстраты и обеспечивают доступ к питательным веществам другим живым организмам. (Рисунок 1)
Рисунок 1. Строение грибного мицелия
Дро́жжи — сборная группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах. Дрожжи, известные своим участием в процессе ферментации, занимаются разложением сахаров, а микоризные грибы устанавливают симбиотические отношения с растениями, снабжая их водой и минеральными питательными веществами, такими как фосфор. (Рисунок 2)
Рисунок 2. Дрожжи под микроскопом
Объединение усилий бактерий и грибов в процессе компостирования обладает колоссальным значением для поддержания устойчивости экосистемы почвы и повышения почвенного плодородия. Правильное взаимодействие с микроорганизмами и понимание всех вышеуказанных процессов позволяют человеку создавать устойчивые системы компостирования и идти в ногу с природой.
Ключевая роль энзимов в процессе декомпозиции
Энзимы - это ферменты, которые ускоряют все биохимические реакции и играют важную роль в процессе переработки органических материалов. Ферменты могут действовать внутри микробной клетки и вне ее. Те из них, которые вызывают биохимические процессы внутри клетки, называются эндоферментами.
Некоторые ферменты выделяются клетками микроорганизмов в окружающий субстрат, который под их влиянием расщепляется до состояния, удобного для усвоения клеткой. Такие ферменты называются экзоферментами.
Бактерии и микроскопические грибы являются настоящими фабриками по производству разнообразных энзимов, необходимых для декомпозиции органических материалов. Процесс синтеза энзимов регулируется ДНК клетки. Под воздействием различных факторов, таких как тип органического вещества, наличие кислорода и других условий, микроорганизмы активируют соответствующие гены, чтобы произвести нужные энзимы.
Специфичность энзимов является ключом к их эффективности в разрушении сложных молекул органического вещества. Каждый тип энзима предназначен для определенного типа соединения. Например, целлюлаза - энзим, который эффективно разлагает клетчатку и зольные элементы. Амилаза разлагает крахмал и другие полисахариды. Протеазы работают над разложением белков.
Энзимы начинают свою работу, проникая в сложные структуры органических молекул и выполняя химические реакции, необходимые для их разрушения. Этот процесс происходит в несколько этапов, пока органическое вещество не преобразуется в молекулы, которые могут быть поглощены микроорганизмами в качестве питательных веществ.
Понимание роли и механизмов действия энзимов в процессе декомпозиции органических материалов позволяет оценить их важность для устойчивости и баланса всех экосистем. Компостирование – процесс разложения органических материалов под действием микроорганизмов. От процессов естественной деградации компостирование отличает наличие контролируемых условий, которые ускоряют разложение.
Условия компостирования: температура, влажность и рН
Условия внешней среды - температура, влажность и pH - играют важную роль в регулировании активности бактерий и грибов в процессе декомпозиции органических веществ при компостировании.
Температура является одним из наиболее важных параметров, влияющих на активность бактерий и грибов. Оптимальная температура для декомпозиции органических материалов обычно находится в диапазоне от 25°C до 45°C. При повышении температуры активность микроорганизмов увеличивается, что приводит к более быстрому разложению органических соединений. Однако слишком высокие температуры могут угнетать активность и даже привести к гибели микроорганизмов.
Влажность также играет существенную роль в процессе декомпозиции. Оптимальный уровень влажности для активности бактерий и грибов составляет около 50-60%. Слишком низкая влажность может замедлить процесс разложения, в то время как избыточная влажность может привести к анаэробному разложению, что не всегда является желательным.
Кислотность или щелочность среды, которая определяется pH, также влияет на активность микроорганизмов в процессе переработки. Большинство бактерий и грибов предпочитают нейтральный или слабокислотный pH (около 6-7) для оптимальной деятельности. Изменения pH могут привести к нарушению активности ферментов, что замедлит процесс декомпозиции.
Успешное компостирование органических материалов напрямую зависит от того, насколько условия окружающей среды соответствуют потребностям микроорганизмов. Понимание влияния температуры, влажности и pH позволяет эффективно управлять этими параметрами, создавая оптимальные условия для жизнедеятельности бактерий и грибов.
Обогащенный компост - лучшее органо-минеральное удобрение для растений
В последние годы все чаще проводятся научно-исследовательские работы по изучению способов обогащения компостов основными питательными элементами, необходимыми для роста и развития растений (NPK). Поэтому при компостировании навоза, помета и других органических отходов к ним добавляют минеральные вещества: торф, осадки сточных вод и другие материалы. Добавка фосфорных удобрений в компостируемый материал оказывает положительное действие. При компостировании органических отходов совместно с фосфоритной мукой и суперфосфатом значительно сокращаются потери азота. Аммиак, выделяющийся при разложении органического вещества, под воздействием суперфосфата связывается в прочное нелетучее, но доступное для растений соединение – сернокислый аммоний. С другой стороны, микроорганизмы, используя дополнительно внесенный фосфор, более интенсивно размножаются и поглощают аммиачный азот, тем самым уменьшая его потери. Таким образом, закрепление азота идет химическим и биологическим путями. В свою очередь, органические кислоты, образующиеся в результате разложения органического вещества, резко повышают удобрительное действие фосфоритной муки. Таким образом, получается компост, обогащенный азотом и фосфором.
Микроорганизмы также играют важную роль в формировании структуры почвы. Они способствуют агрегации почвенных частиц, делая почву более пористой и проницаемой. Это улучшает доступность кислорода, воды и питательных веществ растениями, обеспечивая благоприятные условия для развития корневой системы.
Применение обогащенного компоста, произведенного благодаря деятельности микроорганизмов, снижает необходимость химических удобрений и пестицидов, что способствует уменьшению загрязнения почвы и сбережению биоразнообразия. Это благоприятно воздействует на экологическое состояние и здоровье растительного мира.
Обогащенный компост, произведенный под влиянием микроорганизмов, является неоценимым активом для сельскохозяйственных угодий. Его способность улучшать питательность почвы, стимулировать рост растений и сохранять экосистему делает его неотъемлемой частью устойчивого подхода к земледелию.
Биоразнообразие - основной фактор в процессе компостирования
В работе “Учет биоразнообразия почв”, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, говорится, что в почве обитает 90% грибов, 85% растений и более 50% бактерий. Млекопитающие составляют 3% и являются группой, наименее связанной с почвой. "Мы показали, что почва, вероятно, является домом для 59% живых организмов, включая все виды - от микроорганизмов до млекопитающих, что делает ее уникальной и наиболее биологически разнообразной средой обитания на Земле", - пишут исследователи. По их мнению, реальная цифра может быть еще выше, поскольку почвы изучены крайне недостаточно.
В процессе декомпозиции органических материалов различные виды выполняют уникальный функции: некоторые из них способствуют начальной фазе разложения, другие осуществляют глубокое разложение. Благодаря разнообразию видов микроорганизмов возникает сложная сеть взаимодействий, которая способствует более полному и эффективному разложению органики.
Разнообразие видов живых организмов в компостах способствует установлению равновесия в экосистеме компоста, предотвращая доминирование одного вида и обеспечивая контроль над процессами разложения. Это важно для предотвращения гниения и самопроизвольного нагрева компоста.
Разнообразие микроорганизмов обеспечивает эффективное разложение органических материалов, формирование качественного компоста и устойчивость процесса. Понимание и уважение этого разнообразия поможет создать оптимальные условия для успешного и экологически эффективного компостирования в сельском и городском хозяйстве.
И в заключении подчеркнем, что шаг за шагом бактерии и грибы выполняют удивительную работу по декомпозиции органических материалов, играя ключевую роль в обновлении и поддержании здоровья экосистемы. Их усилия не только способствуют преобразованию отходов в плодородный компост, но и создают основу для роста и процветания жизни на планете. Их труд незаменим для сохранения природного баланса и создания устойчивых экосистем.
Автор: Тит Кинз, эксперт по промышленному компостированию проекта "CompostPro"
Ключевая роль энзимов в процессе декомпозиции
Энзимы - это ферменты, которые ускоряют все биохимические реакции и играют важную роль в процессе переработки органических материалов. Ферменты могут действовать внутри микробной клетки и вне ее. Те из них, которые вызывают биохимические процессы внутри клетки, называются эндоферментами.
Некоторые ферменты выделяются клетками микроорганизмов в окружающий субстрат, который под их влиянием расщепляется до состояния, удобного для усвоения клеткой. Такие ферменты называются экзоферментами.
Бактерии и микроскопические грибы являются настоящими фабриками по производству разнообразных энзимов, необходимых для декомпозиции органических материалов. Процесс синтеза энзимов регулируется ДНК клетки. Под воздействием различных факторов, таких как тип органического вещества, наличие кислорода и других условий, микроорганизмы активируют соответствующие гены, чтобы произвести нужные энзимы.
Специфичность энзимов является ключом к их эффективности в разрушении сложных молекул органического вещества. Каждый тип энзима предназначен для определенного типа соединения. Например, целлюлаза - энзим, который эффективно разлагает клетчатку и зольные элементы. Амилаза разлагает крахмал и другие полисахариды. Протеазы работают над разложением белков.
Энзимы начинают свою работу, проникая в сложные структуры органических молекул и выполняя химические реакции, необходимые для их разрушения. Этот процесс происходит в несколько этапов, пока органическое вещество не преобразуется в молекулы, которые могут быть поглощены микроорганизмами в качестве питательных веществ.
Понимание роли и механизмов действия энзимов в процессе декомпозиции органических материалов позволяет оценить их важность для устойчивости и баланса всех экосистем. Компостирование – процесс разложения органических материалов под действием микроорганизмов. От процессов естественной деградации компостирование отличает наличие контролируемых условий, которые ускоряют разложение.
Условия компостирования: температура, влажность и рН
Условия внешней среды - температура, влажность и pH - играют важную роль в регулировании активности бактерий и грибов в процессе декомпозиции органических веществ при компостировании.
Температура является одним из наиболее важных параметров, влияющих на активность бактерий и грибов. Оптимальная температура для декомпозиции органических материалов обычно находится в диапазоне от 25°C до 45°C. При повышении температуры активность микроорганизмов увеличивается, что приводит к более быстрому разложению органических соединений. Однако слишком высокие температуры могут угнетать активность и даже привести к гибели микроорганизмов.
Влажность также играет существенную роль в процессе декомпозиции. Оптимальный уровень влажности для активности бактерий и грибов составляет около 50-60%. Слишком низкая влажность может замедлить процесс разложения, в то время как избыточная влажность может привести к анаэробному разложению, что не всегда является желательным.
Кислотность или щелочность среды, которая определяется pH, также влияет на активность микроорганизмов в процессе переработки. Большинство бактерий и грибов предпочитают нейтральный или слабокислотный pH (около 6-7) для оптимальной деятельности. Изменения pH могут привести к нарушению активности ферментов, что замедлит процесс декомпозиции.
Успешное компостирование органических материалов напрямую зависит от того, насколько условия окружающей среды соответствуют потребностям микроорганизмов. Понимание влияния температуры, влажности и pH позволяет эффективно управлять этими параметрами, создавая оптимальные условия для жизнедеятельности бактерий и грибов.
Обогащенный компост - лучшее органо-минеральное удобрение для растений
В последние годы все чаще проводятся научно-исследовательские работы по изучению способов обогащения компостов основными питательными элементами, необходимыми для роста и развития растений (NPK). Поэтому при компостировании навоза, помета и других органических отходов к ним добавляют минеральные вещества: торф, осадки сточных вод и другие материалы. Добавка фосфорных удобрений в компостируемый материал оказывает положительное действие. При компостировании органических отходов совместно с фосфоритной мукой и суперфосфатом значительно сокращаются потери азота. Аммиак, выделяющийся при разложении органического вещества, под воздействием суперфосфата связывается в прочное нелетучее, но доступное для растений соединение – сернокислый аммоний. С другой стороны, микроорганизмы, используя дополнительно внесенный фосфор, более интенсивно размножаются и поглощают аммиачный азот, тем самым уменьшая его потери. Таким образом, закрепление азота идет химическим и биологическим путями. В свою очередь, органические кислоты, образующиеся в результате разложения органического вещества, резко повышают удобрительное действие фосфоритной муки. Таким образом, получается компост, обогащенный азотом и фосфором.
Микроорганизмы также играют важную роль в формировании структуры почвы. Они способствуют агрегации почвенных частиц, делая почву более пористой и проницаемой. Это улучшает доступность кислорода, воды и питательных веществ растениями, обеспечивая благоприятные условия для развития корневой системы.
Применение обогащенного компоста, произведенного благодаря деятельности микроорганизмов, снижает необходимость химических удобрений и пестицидов, что способствует уменьшению загрязнения почвы и сбережению биоразнообразия. Это благоприятно воздействует на экологическое состояние и здоровье растительного мира.
Обогащенный компост, произведенный под влиянием микроорганизмов, является неоценимым активом для сельскохозяйственных угодий. Его способность улучшать питательность почвы, стимулировать рост растений и сохранять экосистему делает его неотъемлемой частью устойчивого подхода к земледелию.
Биоразнообразие - основной фактор в процессе компостирования
В работе “Учет биоразнообразия почв”, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, говорится, что в почве обитает 90% грибов, 85% растений и более 50% бактерий. Млекопитающие составляют 3% и являются группой, наименее связанной с почвой. "Мы показали, что почва, вероятно, является домом для 59% живых организмов, включая все виды - от микроорганизмов до млекопитающих, что делает ее уникальной и наиболее биологически разнообразной средой обитания на Земле", - пишут исследователи. По их мнению, реальная цифра может быть еще выше, поскольку почвы изучены крайне недостаточно.
В процессе декомпозиции органических материалов различные виды выполняют уникальный функции: некоторые из них способствуют начальной фазе разложения, другие осуществляют глубокое разложение. Благодаря разнообразию видов микроорганизмов возникает сложная сеть взаимодействий, которая способствует более полному и эффективному разложению органики.
Разнообразие видов живых организмов в компостах способствует установлению равновесия в экосистеме компоста, предотвращая доминирование одного вида и обеспечивая контроль над процессами разложения. Это важно для предотвращения гниения и самопроизвольного нагрева компоста.
Разнообразие микроорганизмов обеспечивает эффективное разложение органических материалов, формирование качественного компоста и устойчивость процесса. Понимание и уважение этого разнообразия поможет создать оптимальные условия для успешного и экологически эффективного компостирования в сельском и городском хозяйстве.
И в заключении подчеркнем, что шаг за шагом бактерии и грибы выполняют удивительную работу по декомпозиции органических материалов, играя ключевую роль в обновлении и поддержании здоровья экосистемы. Их усилия не только способствуют преобразованию отходов в плодородный компост, но и создают основу для роста и процветания жизни на планете. Их труд незаменим для сохранения природного баланса и создания устойчивых экосистем.
Автор: Тит Кинз, эксперт по промышленному компостированию проекта "CompostPro"