Участие водорослей в почвенных процессах

Почвенные водоросли участвуют в процессах почвообразования, накапливая органическое вещество почвы, обогащая ее азотом, оказывая противоэрозионное действие и участвуя в биологической рекультивации земель.

Образование водорослями органического вещества и азота в почве. Суммарная величина биомассы водорослей невелика (0,5-1 т/га). Однако годичная продукция превышает биомассу (табл. 2). Вследствие своей динамичности биомасса водорослей имеет особое влияние на жизнь почвы. Водоросли, как продуценты биогеоценоза усиливают биологическую активность почвы. Это приводит к мобилизации питательных веществ самой почвы. При инокуляции почвы водорослями в ней повышается содержание доступного фосфора. Внеклеточные продукты водорослей и слизистые вещества оболочек являются хелатообразователями, влияющими на физические и химические свойства почвы.

Таблица 2. Продукция почвенных водорослей (Штина, 1984)

В обогащении почвы связанным азотом водоросли участвуют как прямо, так и косвенно. Способность к самостоятельной азотфиксации в размерах, имеющих реальное значение в почве, свойственна только тем водорослям из отдела Cyanopbyta, которые обладают гетероцистами. В почвах СССР встречаются азотфиксирующие водоросли (всего из родов Nostoc, Anabaena, Cylindrospermum, Tolypothrix, Calothrix 110 видов). Синезеленне азотфиксирующие водоросли, сочетая в одной клетке фотосинтез и азотфиксацию, не нуждаются в готовом органическом веществе, чем существенно отличаются от гетеротрофных азотфиксаторов. По данным Мишустина и Панкратовой (1974) годовой вклад водорослей - азотфиксаторов в обогащении почв азотом составляет 0,5 млн т азота в год. В пахотной дерново-подзолистой почве водоросли фиксируют до 20 кг/га азота в год (Панкратова, 1988).

Кроме того, водоросли стимулируют активность некоторых азотфиксирующих бактерий. Не случайны поэтому многочисленные попытки практического использования азотфиксирующих водорослей в качестве биологического удобрения или стимулятора роста (Мишустин, Шильникова, 1968; Горюнова и др., 1969).

Органическое вещество водорослей становится пищей многих почвенных беспозвоночных альгофагов, грибов и других гетеротрофов.

Органической вещество водорослей используется почвенными микроорганизмами по-разному. Почвенные беспозвоночные питаются живыми почвенными водорослями, грибы, являющиеся сапротрофами, используют органическое вещество отмерших водорослей. Гетеротрофные прокариоты-бактерии и иногда актиномицеты вступают с водорослями в симбиотические взаимоотношения, используя прижизненные выделения водорослей, снабжая последних физиологически активными веществами и CO₂. В состав эксретируемых водорослями продуктов ассимиляции входят углеводы, азотсодержащие соединения, органические кислоты, липиды, летучие вещества, фенольные соединения, витамины, органические фосфаты, ингибиторы и стимуляторы роста, половые аттрактанты.

Явление экскретирования водорослями значительной части фотоассимилированного углерода и потребление его сопутствующими бактериями многократно продемонстрировано для водных сред обитания. В модельных опытах с внесением водоросли в почву существуют попытки определения истинной скорости фотосинтеза водорослей, которая оценивается в пределах 3,6-12,7 мкг С/(ч-г почвы), и доли прижизненных выделений водорослей от валовой ассимиляции (0,59-0,89) (Паников и др., 1989).

Водоросли в почве, являются своеобразными центрами микробные ассоциаций, основанных на трофических взаимодействиях определенной степени специфичности и влияющих на структуру и функционирование комплекса почвенных бактерий (Дедышд др., 1989).

Противоэрозионная деятельность водорослей. Слизистые вещества чехлов, влагалищ и клеточных оболочек склеивают почтенные частицы, а переплетающиеся нити водорослей механически скрепляют их. Особое значение имеют тонкие нити, образующие войлочные сплетения в поверхностном слое почвы. В некоторых случаях пропорция эрозии из мест под водорослевой пленкой и с голой почвы составляла соотношение 1:2 (Голлербах, Штина, 1969).

Мощный рост синезеленых водорослей в бороздах на полях сахарного тростника в Южной Америке и в Индии препятствует эрозии, и предохраняет растения от полегания в период дождей.

На поверхности многих аридных почв нитчатые синезеленые водоросли родов Microcoleus, Schizothrix и Phormidium нередко развивают столь густую сеть, что мелкие частицы почвы оказываются прочно сцементированными с нитями водорослей, и поверхность становится устойчивой против ветровой эрозии. Подобное явление наблюдается при формировании такырной корочки (Штина, Голлербах, 1976).

Велика закрепляющая роль нитчатых водорослей в фиксации подвижной поверхности песков (Гаель, Штина, 1974). При сравнительно небольшой биомассе (17-35 кг/га) нитчатые водоросли имеют значительную длину (до 65 м на 1 см² поверхности) в поверхностных налетах на песках весной.

В умеренной зоне водоросли препятствуют смыву и выдуванию почвенных частиц с полей. Водоросли биологически закрепляют на полях минеральные удобрения. На пониженных участках и в местах стока вблизи полей развиваются пласты водорослей, "перехватывающие" сток и фиксирующие какую-то часть минеральных солей. Водорослевые пленки, играющие роль "биофильтров", имеют положительное значение, поскольку их масса поступает в трофические цепи, а содержащиеся в ней вещества остаются в почве.

Роль водорослей в биологической рекультивации земель. Водоросли первыми заселяют безжизненные минеральные субстраты - скальные породы, вулканический пепел, приречные наносные пески.

Пионерная роль водорослей обнаруживается и при биологическом освоении антропогенных безжизненных субстратов - промышленных отвалов и других территорий, нарушенных хозяйственной деятельностью (Штина, Голлербах, 1976). На зольных отвалах тепловых электростанций, шламовых полях алюминиевых заводов, песчаных отвалах горнометаллургических предприятий, угольных отвалах начальным этапом естественного зарастания явилось поселение водорослей. Первыми обнаруживались зеленые и желтозеленые водоросли Ch-жизненной формы, очевидно, заносимые из воздуха. Вслед за ними, развивались зеленые и азотфиксирующие синезеленые C-жизненной формы. Завершали зарастание нитчатки P- и H-форм. Диатомовые появлялись при начале зарастания отвалов высшими растениями.

Водоросли могут быть использованы индикаторами пригодности тех или иных субстратов для биологической рекультивации.

Развивающиеся на промышленных отвалах водоросли, безусловно, влияют на процесс их биологического освоения и первичного почвообразования.