Топырақ биотасының тіршілігіне топырақтың техногенді ластануының әсері

Микроағзаларды зерттеудің негізін қалаған И.В.Вернадский топырақтың пайдалы генофондын кез-келген ластану түрлерінен сақтаудың мәселелерін шешудің өте маңызды екендігін атап өткен. Ол топырақ биотасының тіршілігі және сонымен қатар топырақ ағзалардың химиялық құрамының арасындағы байланыстарды көрсеткен.

Барлық топырақ биотасы келесі топтарға жіктеледі:

1.микрофлора - бактериялар, актиномицеттер, саңырауқұлақтар, балдырлар.

2.микрофауна (0,002-0,2 мм) - инфузориялар, тамыраяқтылар.

3.мезофауна (0,2-2,0 мм)- - нематодтар, кенелер.

4.макрофауна (2-20 мм) - энхитреидтер, моллюскалар, қоңыздар және олардың личинкалары.

5.мегафауна (20-200 мм) - жауын құрттар, омыртқалылар.

6.топырақта уақытша мекен ететіндер - тышқан тәрізділер, және т.б.

Топырақтың тірі ағзаларына ауыр металдардың әсер ету механизмі әлі күнге дейін дәл анықталмаған. Қазіргі уақытта ауыр металдардың түрін құрамына, санына, микроағзалардың биомассасына, биохимиялық процестерге - нитрификация, аммонификация, минерализациясына және ферменттердің белсенділігіне әсер ететіндігі анықталған. Жүргізілген зерттеулердің әрқилылығына қарамастан алынған қорытындылардың барлығы кез-келген топырақтың техногенді ластануы биохимиялық процестердің интенсивтілігін төмендететінін көрсетті.

Әртүрлі топырақтардағы ауыр металдардың улылығын олардың целлюлозаның азотфиксация, нитрификация және минерализация процестеріне әсер етуі бойынша бағалауға арналған зерттеу үлкен қызығушылыққа ие. Зерттеушілер атап өткендей, қара топыраққа да, сұр топыраққа да азотфиксацияның белсенділігіне басқа элементтермен (Pb, Zn, Cd) салыстырғанда Cd-дің уаттылығының әсері жоғары болады екен. Топырақтағы Cd-дің максимальді әсері 1мг/кг болған жағдайда байқалған. Концентрацияның әрі қарай жоғарылауы топырақтағы азотфиксацияның белсенділігіне айтарлықтай әсері байқалады. Қорғасынның 1-10 мг/кг концентрациялары аралықтарында болған жағдайда азотфиксация процесіне қорғасынның әсері анықталмады, керісінше өте аз конценрацияда бәсең байқалады.

Топырақта қорғасын аз концентрацияда болған жағдайда нитрификация және аммонификация процестерінің тезделетіндігін басқа да зерттеушілер байқаған.

Зерттеулер көрсеткендей ауыр металдардың уыттылық дәрежесі топырақтың химиялық құрамы және оның физика-химиялық қасиеттеріне байланысты болып келеді. Мысалы, азотфиксация процестерінің белсенділігіне қорғасынның әсері қаратопырақтармен салыстырғанда сұр топырақтарға күштірек әсер етеді. Бұл процесс жоғары концентрацияларда да (10мг/кг) байқалған. Сұр топырақтардағы азотфиксация процесінің төмендеуіне басқа да ауыр металдар (Zn, Сu) айтарлықтай әсер етеді. Қара топырақтардағы ауыр металдардың уыттылығының төмен болуы негізінен олардың топырақтың кешен түзуші органикалық бөліктеріне түсіп уыттылығы төмен немесе уытты емесе қосылыстарға айналуы болып есептеледі. Осыған байланысты сұр топырақтар қарашірікке кедей болуына қарай оған түскен ауыр металдардың уыттылығы сақталады.

Топырақтың ластануы микроағзалардың санына әсерін зерттеген Е.Е.Азиев, М.М.Уоров т.б. зерттеушілер қызықты мәліметтер алды.

Табиғи жағдайы әртүрлі екі ауданнан алынған топырақтардағы микробиологиялық зерттеулердің нәтижелері ластаушы заттарды анықтауға микроағзалардың индикатор бола алатын түрлерін көрсетті, мысалы ластанған қара топырарда сезімтал индикатор ретінде актиномицеттер, азотбактериялары және Lipomyces түрінен ашытқыларды қолдануға болады. Ластану дәрежесі жоғарылаған сайын олардың саны да кенеттен жоғарылайды. Бірақ, бұл аталған микроағзалар сұр топырақтардың ластану дәрежесін көрсете алмайды, тіпті олардың ластанбағандығының белгісі де бола алмайды.

Көптеген зерттеушілердің топырақтағы ауыр металдардың уыттылығына баға беру кезінде микробиологиялық белгілерді қолдануды ұсынады, ал кейбіреулері бұған қарсылық білдіреді. Зерттеушілердің нәтижелері топырақтың ауыр металдармен ластануының салдарынан көптеген споралы бактериялар және микобактериялардың, актиномицеттердің, саңырауқұлақтардың санының кенттен төмендеуіне, тіпті кейбір түрлердің жойылып кетуіне алып келетіндігін көрсетті.

Жоғарыда атап өтілгендей, автокөлік газдарының құрамынан шыққан ауыр металдар жол жағалауларында майда бөлшектер түрінде ауа ағындарымен аэрозольдар құрамына еніп, 100 метрге дейінгі жерлерді ластайды. Топыраққа түскен ауыр металдар жиналып тек қана өсімдіктер мен микроағзаларға ғана кері әсерін тигізіп қана қоймай, сонымен қатар сол жерде мекен ететін ірі жануарларға да кері әсері байқалады.

Зерттеулердің нәтижесі Zn, Cd, Pb және т.б. ауыр металдар қоңыз, жауын құрты, құмырсқа денелерінде жиналу қабілеті (кумулятивті) бар екендігін көрсетті. Мысалы, зерттеуге алынған жерді құрамында кадмиі бар сумен өңдегенде жауын құрттардың денесінде 2 сағаттың ішінде оның мөлшері 10 есеге көбейгендігі байқалды. Жауын құрттары және т.б. жануарларауыр металдарды өздерінің ұлпаларында реттеуге қабілетті. Жауын құрттары Zn, Cd, Pb өз денесінен жақсы өткізеді.

Топырақтың ауыр металдармен ластануы жануарлардың ағзаларында морфологиялық өзгерістерге және санының күрт төмендеуіне алып келеді. Денесінің қысқаруы, қанаттарының ұзындығының өзгеруі және көптеген уынаяқтылардың ттүрлерінің өзгеруіне алып келуі мүмкін.

Мысалы, жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде жол жағалауыандағы жауын құрттардың орта есеппен 8,5 есеге, өрмекші тәрізділердің - 10, стофилиниттердің 2,3-2,5 есеге санының төмендегені анықталған Ал, керісінше автокөлік жүретін жол жағалауларында фитофагтардың саны жоғарылаған. Ауадағы уытты заттардың концен рациясының жоғарылауы өсімдіктерді зақымдап, олардың тез көбеюіне жағдай жасайды.

Көк жасыл құрылысы көбеюуі және кей біреулерінің микостровты қоректенулерінің болуы, олардың бактериялармен филогенетикалық байланыстарының бар екендігінде дәлелдейді. Бұл ұқсастықтарына қарағанда, көк жасыл балдырлар мен бактериялар қарапайым организмдерден шығуы тиіс. Көк жасыл балдырлар қозғалыс кезінің болмау жағына және пигменттерінің құрамына байланысты қызыл балдырларға жақындайды. Алайда клеткалы құрылысына қарағанда олардан алшақ тұрады. Дегенмен, олардың арғы тектерінде бір туыстық байланыстың болуы мүмкін.

Талшықты балдырлардың ішінде эвгленалар ерекше орын алады. Бұлардың басқа балдырлармен тікелей байланыстары жоқ. Монада құрылысына қарағанда кейбір жасыл балдырлармен байланыстары болуы ықтимал. Перофитті балдырлар хризомонадалардың бөлінуі мүмкін. Эвгленалар сияқты перофиттердің де басқа балдырлармен жоқь болуы тұйық бұтақ.

Альгологияның қысқаша тарихы.Систематика ғылымдарының балдырларды тексеретін бөлімі альгология деп аталады. Балдырларды бірінші рет плинни, старши ұсынды. Альгология дегеніміз теңіздің шөптесін бұталары. Орыс ғалымы М.А.Максимович 1827 жылы «Балапан бұталар» деп атаудың орнына балдырлар деп атауды ұсынды. Аз уақыттың ішінде балдырлар деген жаңа ұғым тез тарап кетті. К.Линидің тұсында ірі покус және ульва сияқты балдырлар ғана белгілі болатын. Ол балдырларды қыналар мен мүктерге біріктіріп пласификатциялады. Альгология ғылымының дамуы микраскоп техникасының жетісчтіктері мен клетка теориясының тікелей дамуына байланысты. Балдырлар жөніндегі ілімнің дамуына Швет стематика альгологтары неміс ғалымдары, англия ғалымдары еңбектерінің маңыздары ерекше болады. Бұл кездегі системалардың барлығы балдырлардың марфологиялық белгілердің және тіршілік орталығына негізделіп жасалады. Оған қарамастан ол кездегі ғалымдар көптеген балдырларды сипаттап жазып, олардың суреттерін салды. Оның ішінде кютицингтің атыласы осы кезге дейін мағынасын жойған жоқ.

XIX ғасырдың 30-40 жылдарынан бастап ғалымдар балдырлардың клеткалық құрылысының және олардың онтогенезін тексере бастады. Клеткалардың бөлінуін зерттеу отырып неміс потанирі К.Негели 1817-1891 көп клеткалы таланның өсуін және бұл процесте төбе клеткасының қызметін атқарады. Ол өсімдігін зерттеп, оны клеткаланбаған ерекше балдырлар екенін тапты.

Балдырлардың онтогенезін зерттеуде ғалымдардың назары аса маңызды процесс жынысты және жыныссыз көбеюлерге ерекше көңіл аударды. Жыныссыз кбөбеюдегі зооспроны И.Ф. Трентепол 1807 жылы жасыл балдырлардан ашты, алайда көпке дейін зооспоронның атқаратын қызметі ғалымға белгісіз болды. Тек өткен ғасырдың 50 жылдарында Г.Тюре 1817-1875 және Н.Прингсгейм 1823-1894 еңбектерінде зооспора арқылы жыныссыз көбею прогресінің болатындығын анықтады.

Аббад воше 1803 жыл бірінші рет спирогераның зиготасын және басқа тұщы су балдырларының антиредилері мен оогонилерінің ашты. Бірақ оогони мен антеридидің балдырлардың жыныстық көбею оргонның қызметін атқаратынын білді. Балдырда ұрықтану болатын фкусқа тәжірибе жасап, француз ботанигі Тюре дәлелдеді. Неміс ғалымы Прингсеим тұщы су индогониялары мен басқа балдырлардың онтогенезін зерттей отырып, жыныссыз көбеюмен жынысты көбеюдің ауысып отыратынын ашты. Балдырлардың онтогенездік дамуын зерттеу ХІХ ғасырдың екінші жартысында кең көлемде жүргізіліп ол үшін альгогологтар цитологиялық әдісті қолдана бастады. Парингсгейм 1869 жылы балдырлардың изогомиялық ал И.Н. Горожонкин бірінші рет хломидомонададан готериогамиялық жыныс процестерін ашты. Су мен балдырларда әр түрлі жыныс процесінің болатындығы анықталды. Орыс альгология ілімінің тууы академик Г.С.Гмелин есімімен тікелей байланысты.

Балдырлардың онтогенездік дамуын және олардың әртүрлі топтарының гинетикалық байланыстарын зерттеп, альгология зерттеп ғылымының дамуына үлкен үлес қосқан орыс юғалымы Л.С.Ценковский боды.ол балдырларды полиморпизмнің кең тарағандығын дәлелдеді және сол кездегі көпшілік балдырлардың түрі, тіпті туыс бір түрдің әртүрлі даму сатысы екенін дұрыс көрсетті. ХІХ ғасырдың аяқ кезінде балдырлардың физиологиясын зерттей бастаған ғалымдардың бірі орыс батантигі А.П.Артаре.

Цитологиялық әдісті қолдану арқылы альгологтар балдырлардың клеткалық құрылысының өте күрделі екендігін зерттеп көбеюудің әр түрлеріндегі цитологиялық ерекшеліктерді анықтады. ХІХ ағсырдың аяғына дейін ұрпақ ауысумен ядролық пазаларының алмасуы зерттелмеді. Дегенмен цитологиялық зерттеулер арқылы гапойтты және дипойты пазалардың болатындығы анықталды.

ХІХ ғасырда балдырлардың систематикасы филогинетикалық бағытта зерттеле бастады. Кейбір типтердің бір-біріне параллел дамылғанын және олардың бір-бірімен байланыссыз әр түрлі монада құрылысты организмдерде шыққандығы анықталды.

Сондай-ақ ХХ ғасырдың бас кезінде балдырлардың табиғаттағы таралуымен оның эвалюциялық ерекшеліктері қоректену тәсілдері зерттеле бастады. Балдырлардың жыныс айырмашылықтары және түрлердің қалай қалыптасуы зерттеліп тіршілік жағдайын өзгерту арқылы жыныс белгілерін өзгертуге болатындығы М.Гартман В.Иоллос анықтады. А.Пашер 1916 хломидо монадалардан гибрид алып, оның бірінші және екінші ұрпақтарын мұхият зерттеп бұларда тұқым қуалаудың болатындығын анықтады. салалары сияқты, тез дами бастады. Советтік альгология ғылымының құралып оның дамуына Г.И.Гайл, Л.А.Зенкев

Л.И.Курсанов жасыл және қызыл балдырлардың цитологиясын, оның ядропазасының болмауын зерттеді. Меиер жасыл балдырлар мен диатондардың эвалюциялық дамуын, ол миллер хлороковты және батеридном балдырларының тарихи дамуын зерттеді. Сөйтіп ботаниканың бір саласы альгология ғылымының дамуына совет ғалымдары үлкен үлес қосты.

Біресік өзені

1.Synedra ulna (Nitrsch).

2.Cymbella cymbiformis (Kuetr.)

3.Fragilarie crotonensis Kitt.

4Cyclotella meneghiniana Kuetr.

1.Cymbella aspera (Hhr.)

2.Navicula cryptocephala Kuetr.

3.Synedra ulna (Nitrsch.)

4.Amphora ovalis Kuetr.
Шекер бұлақ

1.Diatoma hiemala Lungb.

2.Mastogloia grevillei W.Sm.

3.Oscilotoria brevis Kuetr.

1.Melosira binderana Kuetr.

2.Diatoma hiemala (Lungb.)

3.Gombohonema olivaceum (Lungb.)

4.Mongeotia calcarea (Cleve.)

Қосқорған суқоймасы

1.Navicula hustedtii Krass.

2.Cymbella aspera (Ehr.)

3.Fragilaria crotonensis Kitt.

4.Ulothrix aequalis Kuetr.

5.Pinnularia undulate Greg.

Микробиология – жай көзге көрінбейтін, ұсақ тірі организмдерді олардың құрылысы мен биологиялық, биохимиялық қасиеттерін және табиғатта жүріп жатқан процестердегі ролін, адам тұрмысындағы пайдасы мен зиянын жан - жақты зерттейтін ғылым. Микроағзаларының басым көпшілігі – бақтериялар, сонымен қатар микробиология төменгі сатыдағы саңырауқұлақтарды, микроскоптың ашытқыш саңырауқұлақтарды ұсақ балдырларды, қарапайым ағзаларды, вирустарды да зерттейді. Өйткені, бұл ағзалардың сыртқы пішіні, құрылысы өте ұқсас, әрі сол ортаға тигізетін биохимиялық әсері жағынан да бірлестікте болады. Микробиология, ботоника зоология ғылымдарының қарапайым ағзаларды зерттейтін салалары мен тығыз байланысты. Ал ферменттер мен витаминдерді зерттеуде микробиология, биохимия пәнімен де ұштасып жатады. Микробиология ғылымның жетістіктері қазіргі кезде ауыл шаруашылық дақылдарының өнімділігін арттыруда, түрлі өсімдік пен жануарлардың зиянкестеріне қарсы күресуде, шырынды азық сүрлемді даярлауда кеңінен қолданылады. Топырақта жүріп жатқан негізгі биологиялық процестер топырақтың құнарлылығы, оның сапасы мен құралуы микроағзалар тіршілігіне байланысты. Микроағзалар тіршілігінің нәтижесінде өсімдіктердің тамыр арқылы қоректенуі жақсарады. Сөйтіп егіннің өнімділігі артады. Сондықтан микроағзалар тіршілігінің нәтижесінде топырақта азот, көміртегі және фосфор элементтерінің көбеюіне мүмкіндік туады.

Жалпы микроағзалар әлемінің табиғаттағы маңызы орасан. Өсімдіктер мен жануарлар қалдықтары микробтардың қатысуымен шіріп, ыдырайды. Олардың денесіндегі түрлі химиялық элементтер ауа мен топыраққа тарайды.

Осының нәтижесінде тіршілікке қажетті заттар қайтадан пайда болады. Жанар қазба байлықтар – шымтезек, таскөмір, мұнай сияқты заттардың да микроағзалардың әрекеті нәтижесінде түзілетіні анықталды.

Микроағзалардың тіршілігінің ең бір айқын байқалатын жері – ашыту процесі. Күнделікті көріп жүрген сыра мен шарап, тағамның шіріп, бүлінуі және көгеруі бәрі де осы микроағзалардың әсерінен болады. Микроағзалардың қоршаған ортаны ластанудан тазартуда айта қаларлықтай маңызы бар. Ірі өндіріс орталықтарында, қалаларда қалдық заттарының көптеп жиналуы тіршілік үшін аса қауіпті. Сондықтан, оларды уақытында осы зиянды заттардан тазартудан микроағзаларды қолданады. [27]

Микробтар бізді қоршаған ортада таралуы күнделікті кездеседі. Олар топырақта, суда, ауада, өсімдікте, тағамда, заттарда, адам ағзаларында жануарлар мен өсімдіктен айырмашылығы зат алмасу процесінде, олар метан, сутек, молекулярлы азот көмірсутек тотығын пайдаланады да, жануарлар мен өсімдіктер үшін қажетті заттарға айналады. Мысалы: шіріту процесіне қатысатын микробтар өсімдіктердің шірігін, жануарлардың мәйітін ыдыратып ауаға 90% СО₂ бөледі.

Қоршаған орта микроағзаларының арақатынасының биология ғылымының арнайы саласы –экология зерттейді.

Микроағзалардың экологиясы – паразиттің құбылысын зоонозды аурулардың шығу жолдарын, табиғаттағы аурулардың көзін анықтауға және инфекциялық аурулардың дамуына қарсы күресуге бағытталған.[29]

В.В.Докучаев замандасы топырақ жану ғылымына еңбек сіңірген П.А.Костычев қара топырақ өсімдіктер мен оларды ыдырататын микроағзаны қарым- қатынасының нәтижесінен түзілетінін дәлелдеді. Топырақ түзілуінің биологиялық бағытын академик В.Р.Вильямс еңбегінен кездестіреміз. Ол әрбір топырақ типтеріне сай өзіндік микроағзалар қауымы тіршілік ететінін көрсетті. Құнарлылықтың негізі болып есептелген топырақ қара шірігінің түзілуі, микроағзалар тіршілігіне байланысты деп дәлелдеді.[30-32]

Микроағзалар- топырақтың негізгі құрам бөлігі. Топырақ органикалық және органикалық емес затардан құралады. Олардың минерал бөлшектеріне көбнесе органикалық заттар жабысып, түйіршіктер құрайды. Міне бұл түйіршіктер микроағзалардың негізгі тіршілік ететін мекені. Топырақта микроағзаларға қажетті қоректік заттар мол болады да, тікелей түскен күн сәулесі кең оларды қорғап тұрады. Топырақта негізделген бактериялар, актиномицеттер, ашытқы саңырауқұлақтар микроскоптық саңырауқұлақтар, балдырлар, қарапайым ағзалар, түрлі насекомдар ғана емес, түрлі ультрамикроскоптық тіршілік иелері – фагтар. Бактериофагтар және актинофагтар кездеседі.

Осы ағзалардың белсенді тіршілігінің арқасында ғана топырақта қалатын жылма – жылғы өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтары ыдырап биохимиялық өзгерістерге ұшырайды. Олардан құрылым мүлде өзгеше жаңа заттар пайда болады. Бұл заттардың мөлшері топырақтың түрліше байланысты түрліше болады. Мәселен: орманды жерлердегі органикалық қалдықтардың жылдық мөлшері әр ГА–1,5–7 тоннаға дейін, ал шалғынды жерлердің гектарындағы органикалық қалдық мөлшері 2 – ден ІІ тоннаға дейін жетеді. Бұл қалдықтарда азотты және көміртекті заттар көп. Олармен микроағзалар қоректенеді. Осылайша, органикалық заттарды ыдырату үшін топырақтағы микроағазалардың саны мен әрекеттері де түрліше болу керек.[33-36]

Топырақтағы микроағзалардың бір бөлігі көбейетін болса, екінші бөлігінің тіршілік процестері аяқталып, өлексеге айналады. Олармен тірі микробтар қоректеніп, ыдыратады. Ыдырау өнімінің қалдықтарынан қарашірік түзіледі. Академик В.Р.Вильямс зертеуі көрсеткендей өсімдіктер ұсақ түйіршікті топырақтарда өсіп дамиды. Мұндай түйіршіктер микроағзалардың тіршілік әрекетінен пайда болған гумустан түзіледі. Сөйтіп микроағзалар топырақ түзуші негізгі факторлардың бірі болып табылады.

Қарашіріктің мөлшеріне және ондағы қоректік заттардың сапасына қарай микроағзалардың саны әр түрлі топырақта түрліше болады. Топырақ неғұрлым құнарлы болса, микробтар соғұрлым көп кездеседі. Мәселен, жақсы өңделген шымды-күлгін топырақтың 1г- да 3-10 миллиондарға дейін , ал қара топырақты жерлерде 15-20 миллионға дейін микроағзалар кездеседі. Тіпті бір типті топырақтағы микроағзалар біртегіс болмайды. Мысалы, орманды – шалғынды аймақтың нашар өңделген беткі жырту қабатының 1г-да 0,5-1,5 миллионға дейін бактериялар болса, дәл сондай жердің жақсы өнделген, қарашірігі мол учаскенің 1г топырағында 3 –25 миллионға дейін бактериялар кездеседі. Бау- бақша топырақтары ұдайы суарылып, тыңайтылып отыру нәтижесінде дала топырағына қарағанда микроағзаларға әлдеқайда бай келеді.[37,38]

Түрлі топырақтардың жырту қабатында микроағзалардың мөлшері түрліше болады.

Микроағзалардың басым көпшілігі тек жырту қабатында кездеседі. Мәселен, 20см тереңдікте 1г топырақта 5,7 миллион бактерия болса, 60см қабатта не бары жарты миллиондай , ал бір метрлік қабатта іс жүзінде кездеспейді. Топырақтың төменгі қабаттарында су және ауа режимдерінің нашарлығынан оның органикалық қосылыстарға кедейлігіне байланысты микроағзалар ол қабаттарда аз болады.

Сонымен қатар топырақ микроағзаларының басым көпшілігі аэробты ағзалар. Олардың анаэробты топтары аз, негізінен спора түзетін микроағзалар. Топырақта актиномицеттер мен микроскоптық саңырауқұлақтар да аз емес. Олар көбнесе топырақтың түріне қарай беткі жырту қабатында таралады. Мәселен, таулы өлкенің сұр топырақты тың жерлерінің 1г-да актикомицеттердің саны – 2800-3110 мыңға дейін , ал саңырауқұлақтар 5,6-6,3 мыңға жуық болады. Ал осы өлкенің қара топырақты тың жерінің жырту қабатының әрбір грамында 960-3170 мыңға дейін актиномицеттер, 4,4-36 мыңға жуық саңырауқұлақ кездеседі. Актиномицеттер - сәулелі саңырауқұлақтар табиғатта оның ішінде топырақта кең тараған микроағзалардың жеке класы. Бұлардың адам мен жануарда актимоминоз ауруын туғызатын өкілдері де бар.Топырақ типіне байланысты микроағзалар санының да ауытқитынын байқаймыз. Олар негізінен өсімдіктер қалдықтарының, ондағы клетчатканы ыдыратады. Топырақтағы микроағзалардың саны жыл маусымына байланысты өзгеріп отырады. Қыста азайып, жазда қайта көбейеді. Көптеген ғалымдар қыс кезінде топырақта тіршілік тежеледі, тіпті тоқтап қалады деген пікір айтып жүр.

Ал Н.А.Красильниковтың байқауынша, қалың қар астындағы топырақта да микробиологиялық процестер үздіксіз жүріп жатады. Қыс кезінде басқа жыл маусымына қарағанда топырақта актиномицеттердің де жақсы дамитыны анықталған. Микроағзалар тіршілігінде топырақта болатын түрлі витамин, ауксин және басқа да заттардың зор маңызы бар. Бұл заттардың аз ғана мөлшерінің өзі микроағзалардың тіршілігін қуаттайды. Соның нәтижесінде егілген өсімдіктер де жақсы өсіп дамиды. Актиномицеттер және микробактерияларды лаборатория жағдайында топырақта біраз мерзім сақтауға төзімді келеді. Ал бактериялар көп шығын болады, бірақ топырақ қаншама құрғаса да, бактериялар мүлде жойылып кетпейді. Микроағзалардың таралуына топырақ реакциясы едәуір әсер етеді. Егістікке пайдаланылып жүрген бейтарап және аздап сілтілі топырақтарда бактериялар көп. Ол қышқылды, сазды немесе шымтезекті топырақта аз болады. Микроскоптық саңырауқұлақтар бактерияларға қарағанда қышқыл ортаға төзімді келеді. Сондықтан қышқыл топырақтарда олар көп болады.[10]

Көктем кезінде микроағзалар жандана бастайды. Олардың даму қарқыны бір қатар жағдайларға байланысты: көктем кезінде микробтардың біраз тобына зиянды әсер ететін топырақта түрлі улы заттардың түзілетінін ескерген жөн. Сонымен қатар көктемде тіршілікке қолайлы әсер ететіні түрлі витаминдер, ауксиндер, басқа да биологиялық актив заттардың топырақта көптеп жиналатыны өсімдіктер тамыры таралатын қабаттарда бұл заттардың мөлшерінің артатыны байқалады.[11]

Төменгі сатыдағы ағзалардардан топырақта мыналар кездеседі:

1.Бактериялар 2.Актиномицеттер және онымен туыстас ағзалардар. 3.Микроскоптық саңырауқұлақтар 4.Қыналар 5.Қарапайымдар 6. Балдырлар

Топырақта тіршілік ететін бактериялардың басым көпшілігі органикалық заттарға мұқтаж. Ыдырау барысында олардан көмірсулар, азот қосылыстары жасуша ішілік заттар бөлінеді. Ыдырау процесі кезінде бактериялар өздеріне қажетті энергияны қамтиды. Бірқатар қоректік элементтерді олар минерал қосылыстардың ыдырауы барысында алады. Бұлар негізінен сапрофит бактериялар. Табиғатта адамды, жануарларды, өсімдіктерді ауруға шалдықтыратын микроағзалар да аз емес. Ал олардың көпшілігіне топырақ қолайлы орта болмайды. Топыраққа түскеннің өзінде олар онда ұзақ өмір сүре алмайды, бұлардың көпшілігі паразиттер. Микроағзалар негізінен топырақтың беткі қабатында таралған. Ал топырақтың тереңірек қабатына ауысқан сайын қарашірік те азаяды, сонымен бірге бактериялар саны кемиді. Терең қабаттарда көбінесе спора түзуші бацилдар және актиномицеттер кездеседі. Мұндай құбылыстар біз қара және сұр топырақтардан көбірек байқаймыз. Микроскоптық саңырауқұлақтар қышқылды реакциясы бар солтүстік топырақтарында көптеп кездеседі. Дегенмен топырақтың беткі жағында органикалық заттар көбірек ыдырағанда микробтардың басым көпшілігі бактериялардан тұрады. Тундра топырағының 1г саңырауқұлақтар мицелийінің 4мг табылған, қылқан жапырақты орман топырақтарында 1мг оңтүстік аймақтың топырақтарда 0,4-0,7мг кездеседі.[12]

Стрептомицеттер (актиномицеттер) солтүстік топырақтарында аз болса, Оңтүстік топырақтарда олардың саны тез өседі. Солтүстік топырақтарда органикалық заттар баяу ыдырайды, микробтардың да белсенділігі нашар болады. Жалпы актиномицеттер барлық аймақтар топырақтарында кездесе береді, ал Оңтүстік топырақтары олардың түрлеріне бай келеді.

Топырақта кездесетін органикалық заттар оның құнарлығын құрайтын негізгі факторлардың бірі. Органикалық заттардың құрамы өте күрделі. Ол неігзінен микробиологиялық өзгерістерге ұшыраған өсімдіктер мен жануарлар қалдықтарынан тұратын заттар. Жер бетінде тіршілік ететін өсімдіктер, жануарлар және микроағзалар өлгеннен кейін басқа микроағзалардың әсерінен биохимиялық өзгерістерге түсіп, одан жаңа заттар пайда болады. Жоғарғы сатыдағы өсімдіктер өздерінің тамыр жүйелерінің бөліктері немесе сол тамырдың өлген бөліктері арқылы да топырақты органикалық заттарға байытып отырады. Топыраққа түсетін органикалық заттар мөлшері де едәуір және ол топырақтың түріне байланысты. Мәселен, орманды жерлердегі бұл заттардың мөлшері жылына гектар басына 1,5-нан 7 т-ға дейін жетеді. Ал шалғынды жердегі өсімдіктердің тамыр-сабақтарынан түсетін органикалық заттар мөлшері гектерынан 2-ден 11 т-ға дейін. Өсімдіктер қалдықтарында көптеген азот, көміртектес заттар бар. Оларды қант, декстрин, крахмал, органикалық қышқыл, майлар, т.б. қосылыстар кездеседі. Өсімдіктер ұлпаларының негізгі құрам бөлігі клетчатка (С₆ Н₁₀ О₅). Ол көбінесе жасуша қабығында болады. Азотты қосылстарын бұнда белок заттары көп. Міне осы айтылған органикалық заттар топыраққа түсісімен-ақ биологиялық өзгеріске ұшырайды. Алғашында олар органикалық заттардың құрамындағы ферменттің ол кейіннен микробтар ферменттерінің әсерінен ыдырайды. Алдымен құрылысы жай заттар - қанттар органикалық қышқылдар спирттер, кейіннен белок түрлі амин қышқылдар, майлар ең соңында клетчатка мечнин ыдырайды. Табиғатта микробтар әсерінен ыдырауға ұшырамайтын заттар жоқ деуге болады. Күрделі органикалық қосылыстар көбінесе су мен көмір құышқыл газына дейін ажырайды. Бірақ қайсыбір жағдайлар әсерінен ыдырау барысында аралық заттар органикалық қышқылдар, спирттер, амин қышқылдары және тағы басқалар түзілуі мүмкін. Органикалық заттар ыдырауымен қатар топырақта қайтадан түзілуі, яғни синтез құбылысы жүріп жатады. Қара шірік, тамыр қалдықтары және олардың ыдырауынан пайда болатын заттар мен топырақтағы сапрофит микроағзалар қоректенеді. Ал автотрофты микроағзалардың көпшілігі тіршілігіне қажетті заттарды органикалық қосылыстарды минералдануы барысында алады. Топырақтың жырту қабаттың микроағзалар тобына бай келетіні міне осындай.[13]

Әдетте топырақтың терең қабаттарында біз микроағзаларды аз кездестіреміз. Мұның өзі сол қабаттардың органикалық қосылыстарға кедейлігін көрсетеді. Топырақ микроағзалардың басым көпшілігі аэробты ағзалар. Терең қабаттарға енетін анаэробты микроағзалардың көбі спора түзуші формалар болса, жырту қабатында кездесетіндері спора түзбейтін бактериялар. Төменгі қабаттарда актиномицеттер де едәуір. Жалпы спора түзуші бактериялар мен актиномицеттер топырақтың органикалық қалдықтарға кедей қабаттарда көбірек болады. Микроскоптық саңырауқұлақтар оттегін қажет ағзалар. Сондықтан топырақтың беткі қабаттарда орналасады. Терең қабаттарда олар өте аз. Микроағзалардың басым көпшілігі өсімдіктер тамырыдың айналасында кездеседі. Өйткені өсімдіктер өсу барысында тамырларынан органикалық заттар бөліп шығарады. Бөлінетін заттардың мөлшері және құрамы өсімдіктердің түріне топырақ жағдайына байланысты.[14]

Топырақтың су режимі және микроағзалар тіршілігі – топырақтың құрамына байланысты суды қабылдау қабілеті түрліше болып келеді. Өсімдіктердің тамыр жүйесі немесе микробтар жасушасы ылғалмен қоректенуі үнемі олардың клеткасындағы осмостық қысым мөлшері топырақ ерітіндісіндегіден гөрі көбірек болуы тиіс. Көптеген микроағзаларда әсіресе зең саңырауқұлақты мен актиномицеттерде осмостық қысым 200-250 ^Ос атмосфераға дейін жетеді. Мұның өзі осы микроағзалардың топырақтағы ылғал мөлшерінің тапшы кездерінде де тіршілік етуіне мүмкіндік береді. Бактериялар әдетте топырақта кездеседін бос күйдегі су мен өсімдіктер сіңіре алады. Ал қына мен кейбір балдырлар қиыршық құмдар мен тастарда да тіршілік ете береді. Бірақ ылғал мол жерде микробиологиялық процестердің қарқынды жүретіні белгілі. Агрономиялық практикада топырақтың ылғалдығы, оның толық ылғал сиымдылығының 60 процентіндей болғанда өте қолайлы деп есептеледі. Ал шамадан тыс ылғал, топырақ аралығы ауаны ығыстырып шығаратыны мәлім. Мұның өзі органикалық заттарды белсенді ыдырататын аэробты микроағзалар тіршілігін тежейді. Ылғал тапшы болғанының өзінде топырақтағы тіршілік мүлдем тоқталып қалмайды. Микроағзалардың бөліп шығаратын ферменттерінің өзі түрлі биохимиялық процестерге белсенді түрде қатысып отырады. Іс- жүзінде топырақтағы су режимі және басқа жағдайлар оны өңдеу, суару арқылы реттеледі.[15]

(роды Rhizobium, Frank:a, Nostoc). Ең бірінші өзімен - өзібос өмір сүре алатын бактерия азотфиксациясына бейімделе алатын, 1893 жылы Виноградский мен шығарылған, және Луй Пастердің атына арнап Clostridium pasteurianum деп аталған.

Еркін өмір сүретін азот фиксатор мен генеротрофтар көмір тетікті көрке зәру,сондықтан олар жоғарғы өсімдіктердің тамырларында өмір сүреді. Микроорганизмдермен бірге целлюлузбен жартылай сахоридтерді қабілетіне жетіп NH₄⁺ денгейіне жету үшін топырақтағы органикалық азот процесінің қабылып өзгеруін аммонификация деп атайды. Ол гитеротрофты микроорганизмдермен жеткізіледі (дайын органикалық заттармен көріктенеді) мынадай мынадай схема арқылы: топырақтың органикалық азоты RNH₂+CO₂+ қосымша азық, RNH₂+Н₂О = NH₃+ROH NH₃+Н₂О = NH₄⁺+OH биологиялық қышқылдану NH₃ немесе NH₄⁺ одан кейін NО₃ денгейге дейін бұл нитрификация деп аталады.

1870 жылы Шлезинг пен Мюнц зерттеу жолымен нитрификацияның биологиялық табиғатын дәлелдеген.Сол үшін еріткі суға хлора фарм қосқан, содан кейін аммиактың қышқылдануы тоқтаған.

Нитрификация механизмінің микрооргонизмнің бөліну процессін ұлы Ресей микробиологы С.Н.Виноградский.1889 жылы ол нитрификация бактериясын ашқан және сол процесстін 2 фазасын тапқан

Бірінші фазаның бактериясы аммиакты қышқылдандырады,азот қышқылының денгейіне дейін :

Олардың ішінде ең көп зерттелген мына түрі Nitrosomonas,europaea. Бұл бактерияның торшалары сопақ келеді. (0,6 - 1,0; 0,9-2,0 мкм) бинарлық бөлінуімен көбейеді. Сүйық ортадағы өсу прцессінде жігерлі формадағылар байқалады, бір емесе бірнеше байламалары бар және қозғалыссыз формада тұрған емесе зооглеялар ( торша тобы,слекей мен қоршалған).

2 H NО₂+ О₂=2HNО₃ Бактерия ортасы бір денгейден екіншісіне өзгертетін үш түрі бар: Nitrobacter, Nitrospira, Nitroccus.Зерттеудің көп бөлшегі түрлі штамдармен өткізілген- Nitrobacter , олардың көпшілігін мына түрде жатқызуға болады Nitrobacter Winogradskyi. Торшалар сопақша нақ формасында келеді.